2022年加速器教案.pdf

学习必备欢迎下载学 案 设 计执教老师执教班级开课时间课题带电粒子在电磁场中的运动——加速器原理探究教材分析：带电粒子在电磁场中的运动问题是高中物理教学的核心内容，它在电磁学中起着承前启后的作用，既是电场和电流的深化，也是学习电磁感应和电磁波的基础所以对这部分内容所涉及到的重要的概念和规律的学习要求学生能站在更高的平台上来认识和理解突出这些内容在科技前沿和高新技术方面的广泛应用，渗透一些分析问题的思路和研究物理问题的科学方法学生分析：虽然高三学生已初步掌握了电磁学的基础知识，但在认识和理解方面仍有一定的局限性所以教学上要结合加速器原理的探究达到理解知识、活化思维、拓宽思路、扩大学生视野的目的，培养学生分析问题和解决实际问题的能力教学目标：1，能说出各种加速器的基本结构2，理解加速器的工作原理3，在探究过程中对电场和磁场的认识要引向深入4，在探索过程中体验科学思维的过程和科学研究方法5，增强祖国科技发展的自豪感教学思路：本节课采用了“教师为主导，学生为主体，过程为主线，整合为目标”的教学设想，通过对四种加速器原理的探究，扩大学生的活动空间和思维深度既要体现学生的积极参与、拾级攀登，又要凸显教师的点拨引导、及时调控。

通过师生双边的信息交流，不断地将教学活动引向深入，使学生在获取知识的同时，体验科学研究的思想方法，从而提升他们的科学素养和学习能力教学过程：引入：由带电粒子在电场和磁场中的受力情况和运动情况得出“电场加速，磁场偏转”的重要结论新课教学：1. 直线加速器（1）仪器介绍：N 个长度逐个增大的金属圆筒和一个靶,它们沿轴线排列成一串,如图所示．各筒和靶相间地连接到频率为f、最大电压值为U 的正弦交流电源的两端．整个装置放在高真空容器中．圆筒的两底面中心开有小孔．现有一电量为q 、质量为 m 的正离子沿轴线射入圆筒,并将在圆筒间及圆筒与靶间的缝隙处受到电场力的作用而加速(设圆筒内部没有电场)．缝隙的宽度很小, 离 子穿过缝隙的时间可以忽略不计．已知离子进入第一个圆筒左端的速度为v1,且此时第一、二两个圆筒间的电势差U 1 -U2 = -U．为使打到靶上的离子获得最大能量,各个圆筒的长度应满足什⋯⋯～·→·1 2 3 4 n靶图 1 v1······d 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页学习必备欢迎下载么条件 ?并求出在这种情况下打到靶上的离子的能量．（ 2）结构特征：（ 3）加速原理：（ 4）问题探究：①每一圆筒上的电势变化对进入这一圆筒的带电粒子是否加速？②粒子在缝间得到最大加速效果的条件是什么？③为使打到靶上的离子获得最大能量,各个圆筒的长度应满足什么条件? ④在上述情况下打到靶上的离子的能量是多少？2. 回旋加速器 （1）仪器介绍：如图所示为回旋加速器示意图，它的核心部分是上下两个D 形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，在两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速。

两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子进入磁场后做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出假设在D 形盒圆心处有粒子源S . 质量为 m，电荷量为q 的质子从粒子源S进入加速电场时初速度忽略不计设金属 D 形盒的半径为R，两盒间距为d，匀强磁场的磁感应强度为B，质子在加速器中运动的总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中的运动时间），质子在电场中加速，在磁场中回旋，要求质子每次进入电场时得到加速，且加速电压大小可视为不变. 2）结构特征：（3）加速原理：（4）问题探究：①该回旋加速器所需高频电源的频率f 是多少？②质子离开加速器时回旋周数是多少？③该回旋加速器所需加速电场的电势差U 是多少？④试推证当R>>d时， 质子在电场中加速的总时间相对于在D 形盒中回旋的时间可忽略不计（质子在电场中运动时，不考虑磁场的影响）S ·图 2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页学习必备欢迎下载3. 环形加速器（1）仪器介绍：如图3 所示为一种加速微观粒子的装置，环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场，质量为 m， 电量为 +q 的粒子在环中做半径为R 的圆周运动。

A、B 为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子飞经 A 板时， A 板电势升高为 +U，B 板电势仍保持为零，粒子在两极间电场中得到加速，每当粒子离开B 板时，A 板电势又降为零， 粒子在电场中通过一次次加速动能不断增大从而变成高能粒子2）结构特征：（3）加速原理：（4）问题探究：①设 t=0 时，粒子静止在A 板小孔处，在电场作用下加速，并绕行第一圈求粒子绕行n 圈回到 A 板时获得的总动能E n②为使粒子始终保持在半径为R 的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增求粒子绕行第n 圈时的磁感应强度B n ③求粒子绕行n 圈所需的总时间tn（设极板间距远小于R） ④在粒子绕行的整个过程中，A 板电势是否可始终保持为+U？为什么？A +U R B 0 O 图 3 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页学习必备欢迎下载4. 感应加速器（1）仪器介绍：电子感应加速器就是用来获得高速电子的装置，它是利用变化的磁场产生感生电场来加速电子的，其基本原理如图１所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室，电子在真空室中做圆周运动。

电磁铁线圈中通入周期为Ｔ的交变电流（图中已标出了正方向） 图２为俯视图，在半径为Ｒ1的圆形区域内有交变磁场B1，在半径为Ｒ1到Ｒ2的圆环内（Ｒ2－Ｒ1＜＜Ｒ＝有磁场B2，B2与Ｂ1始终同步调变化，Ｂ1产生的感应电场使电子加速，Ｂ2作用于电子的洛仑兹力提供电子做圆周运动的向心力，电子的轨道半径为Ｒ，绕行方向为逆时针已知电子的质量为m、电荷量为e，取Ｒ1＝Ｒ2＝Ｒ＝r2）结构特征：（3）加速原理：（4）问题探究：①试论证在0－T 时间内，只有0－T/4 时间段才能使电子在感应电场作用下加速并由Ｂ2作用于电子的洛仑兹力使电子回旋②若电子感应加速器的轨道半径R=0.84m，电子被加速的4.2ms 内获得的能量为120MeV ，设在这期间电子轨道内的高频交变磁场是线性变化的，如图3 所示，穿过圆环的磁通量由零增加到最大值1.8Wb，则电子沿轨道绕行一周获得的能量③电子被加速的这段时间内共绕行了多少圈？④电子绕行的路程是多少？t B T 图 3 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页学习必备欢迎下载精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页。