回旋加速器教學設計

1、3.6教學設計回旋加速器人教版 選修3-1 第三章第6節(jié)1、 教材分析 本節(jié)教材是從學生已經(jīng)學過的知識入手，先簡單介紹直線加速器的設想，提出不足，進而引出回旋加速器，分析其工作原理，并簡單介紹回旋加速器的結構。通過對比多級直線加速器和回旋加速器的優(yōu)缺點，顯示科學發(fā)展的規(guī)律和發(fā)展的方向，引導學生思維，開闊學生思路，強化學生探索意識，激發(fā)學生學習興趣。 2、 學情分析 學生對電場和磁場的相關知識有了一定的了解，能夠通過自己的分析探索帶電粒子的加速原理，進而得到回旋加速器的基本構造。根據(jù)本節(jié)課內容特點和學生現(xiàn)狀，采取探究學習的方法，鍛煉學生的探索創(chuàng)新能力、分析解決問題能力，升華情感態(tài)度和價值觀。具體

2、教學策略是首先提出實際問題，激發(fā)學生的學習興趣，引導學生分析問題，激發(fā)學生的思維，結合所學知識提出解決問題的方案，最后達到解決問題的目的，讓學生體驗成功的喜悅，樹立科學探索精神。 3、 教學目標1.知識與技能 a.知道回旋加速器的基本構造和加速原理。 b.知道加速器的基本用途； c.通過情景設置, 培養(yǎng)學分析實際問題、解決實際問題的能力； d.通過師生、生生思維碰撞, 開闊學生, 思維鍛煉學生的創(chuàng)新意識. 2.過程與方法 通過問題提出，結合所學知識，引導學生探究，最后達到知道加速器的基本結構和加速原理的教學目的，讓學生體會研究、設計新儀器的思路。 3.情感態(tài)度和價值觀 a.介紹我國高能粒子加速

3、器北京正負電子對撞機, 培養(yǎng)民族自豪感, 激發(fā)學生的學習興趣； b.體驗探究樂趣, 激發(fā)創(chuàng)新意識。4、 教學重難點 教學重點: 回旋加速器的構造和加速原理； 教學難點: 交變電壓的周期和粒子的運動周期相同。 5、 教學方法 預習檢測、教師引導、課堂交流討論6、 教學過程預習任務回顧： 1.閱讀課本101頁至102頁回旋加速器相關內容； 2.完成新新學案大冊子87頁預習內容填空。一、預習情況交流：1.為什么要對帶電微粒進行加速？答：認識原子核內部結構的需要，加速粒子充當“炮彈”；追問：原子核由帶正電的質子和不帶電的中子組成，為什么質子和質子之間沒有因為斥力而解散呢？目的：引導學生回答出強相互作用

4、，并復習四種基本相互作用。2.對帶電微粒進行加速，選用電場還是磁場？答：選用電場。因為洛倫茲力對運動電荷不做功追問：為什么洛倫茲力對運動電荷不做功？目的：引導學生回憶左手定則。3. 如何實現(xiàn)帶電粒子在電場中的加速，請畫出示意圖并計算粒子獲得的動能？（假設已知、） 此處邀請學生上黑板演板并由學生直接講解。答：電場中加速的示意圖如下：單級加速多級加速單級加速：多級加速：4.采用電場對帶電粒子進行加速遇到的問題？答：單級加速無法實現(xiàn)較高電壓；多級加速占據(jù)空間很大。此處給學生一組資料，讓學生感知單級和多級加速遇到的問題。相關資料受到高壓設備及絕緣的限制，加速電壓不能過高，導致一次加速的方式能得到的帶電

5、粒子能量較低。譬如加速電壓為2萬伏特，質子由靜止開始加速，其最終獲得的能量只有（）。 萊潑正負電子對撞機位于瑞士日內瓦與法國交界處, 是一個建于地表下50至170米深，周長27公里，直徑3.8米的圓環(huán)形通道, 該工程由14個國家共同投資建設.附：北京正負電子對撞機(BEPC)是世界八大高能加速器中心之一， 是我國第一臺高能加速器，也是高能物理研究的重大科技基礎設施;由長202米的直線加速器、輸運線、周長240米的圓型加速器(也稱儲存環(huán))、高6米重500噸的北京譜儀和圍繞儲存環(huán)的同步輻射實驗裝置等幾部分組成，外型象一只碩大的羽毛球拍。北京正負電子對撞機是當時世界上唯一在輕子和粲粒子產生閾附近研究

6、粲物理的大型正負電子對撞實驗裝置，也是該能區(qū)迄今為止亮度最高的對撞機。本段資料的主要任務是讓學生了解我國加速器的發(fā)展情況，增強國家認同和民族自豪感。5.如何解決上述問題？答：磁場偏轉、電場加速，制作出回旋加速器。追問：磁場和電場應該分開，還是共存在同一區(qū)域？目的：為后續(xù)講解回旋加速器的結構做鋪墊。6. 回旋加速器的構造及運行方式？ 本問題中先由教師提問，學生回答回旋加速器的結構。再由教師引導學生，得到回旋加速器的運行方式。7.回旋加速器遇到的問題及解決策略？答：粒子能量達到2530MeV后，很難再加速。粒子受到狹義相對論質速關系的約束，影響運動周期。解決策略：回歸直線加速。此問題，回旋加速器遇

7、到的問題學生很容易在書上找出答案，但是解決策略則需要學生思考，基本能得出兩種答案：1.調整電場變化的周期，使電場變化的周期與粒子在磁場中運動的周期始終保持一致；2.回歸多級直線加速器。2、 思考與討論1. 帶電粒子從回旋加速器射出的最大速度與加速電壓是否相關？（一定）解：由，得：，變形知：，所以，對同一粒子而言，速度僅與半徑相關。而從回旋加速器中離開粒子的最大繞行半徑均為回旋加速器的半徑，所以帶電粒子從回旋加速器射出的最大速度與加速電壓無關。有以上分析知：。2. 帶電粒子運行第一個半圈、第二個半圈、第三個半圈······第n個半圈的半

8、徑比？解：粒子第一次加速，有：，得： 粒子第二次加速，有：又，得： 粒子第三次加速，有：，又，得： 經(jīng)過觀察與思考，發(fā)現(xiàn)：當粒子進行第n次加速時，有：，得：經(jīng)以上分析，可得：，由此可得：3. 帶電粒子在回旋加速器中的運動時間？（已知、）解：經(jīng)分析知，但不論是求還是，都需要知道粒子在回旋加速器中加速的次數(shù)，也就是粒子在磁場中做半圈勻速圓周運動的次數(shù)。有思考與討論1知，而，聯(lián)立以上兩式，得到粒子在電場中加速的次數(shù)，也就是粒子在磁場中做半圈勻速圓周運動的次數(shù), 所以。對于粒子在電場中的加速時間，若省去磁場中的勻速圓周運動而言，可看作, 由此可以到到粒子在回旋加速器中運動的總時間：，進一步化簡可得：，

9、大多數(shù)情況下，電場區(qū)域的寬度較小，即，可認為。三、課堂小結課堂小結由學生完成。教師預備發(fā)言：本節(jié)課學習了回旋加速器，知道了回旋加速器的結構及運行方式，并對回旋加速器的相關問題進行了探討。四、課堂演練例1.1932年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅質D形盒D1、D2構成，其間留有空隙，下列說法正確的是( )A.離子由加速器的中心附近進入加速器B.離子由加速器的邊緣進入加速器 C.離子從磁場中獲得能量D.離子從電場中獲得能量答案：AD例2.一個用于加速質子的回旋加速器,其D形盒半徑為R,垂直D形盒底面的勻強磁場的磁感應強度為B,兩盒分別與交流電源相連

10、，下列說法正確的是( )A.質子被加速后的最大速度隨B、R的增大而增大B.質子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大C.只要R足夠大,質子的速度可以被加速到任意值D.不需要改變任何量,這個裝置也能用于加速粒子答案：A5、 作業(yè)布置1. 完成練習冊回旋加速器相關習題2.查找相關資料，了解加速器的發(fā)展情況，下節(jié)課進行交流學習。3.預習教材質譜儀相關內容，完成新新學案大冊子86頁內容六、課后反思作為一節(jié)公開課，回旋加速器這節(jié)內容比較順利的講完了，有一些心得與收獲，在此記下來：自己的設想是想讓學生的提前預習，然后通過預習互動，推動課堂發(fā)展，但學生的預習并不到位、不深入，導致預習交流階段的課堂推進緩慢。評課過程中，各位老師提出的建議，我很贊同：1. 引導學生的問題以及學生回答問題之后的追問有時