人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計(jì)1：1 4質(zhì)譜儀與回旋加速器教案

人教版（新教材）高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE11.4質(zhì)譜儀與回旋加速器教材分析本節(jié)教材的內(nèi)容屬于帶電粒子在組合場的應(yīng)用，教材介紹了質(zhì)譜儀與回旋加速器，從理論到實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生在這一學(xué)習(xí)過程中對(duì)理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究方法有所體會(huì)，并且在學(xué)習(xí)過程中嘗到成功的喜悅，體會(huì)科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的促進(jìn)作用。教學(xué)目標(biāo)1.質(zhì)譜儀與回旋加速器的工作原理；2.如何分離不同的帶電粒子以及如何獲得高能粒子。教學(xué)過程〖知識(shí)回顧〗微觀帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的圓半徑和周期，與粒子運(yùn)動(dòng)的速度、磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度有什么關(guān)系呢？帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)就是洛倫茲力充當(dāng)向心力qvB=mv2r得r=mvqB〖新課學(xué)習(xí)〗一、質(zhì)譜儀1.質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀是科學(xué)研究中用來分析同位素和測量帶電粒子質(zhì)量的重要工具。2.質(zhì)譜儀的構(gòu)造質(zhì)譜儀主要由以下幾部分組成：①帶電粒子注入器②加速電場(U)③速度選擇器(B1、E)④偏轉(zhuǎn)磁場(B2)⑤照相底片3.質(zhì)譜儀的工作原理（1）在加速電場中，帶電粒子獲得速度，即（2）在速度選擇器中，只有滿足qvB1=qE，即粒子才能通過速度選擇器（3）在偏轉(zhuǎn)磁場中，帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)半徑為：（4）在偏轉(zhuǎn)電場中，帶電粒子的偏轉(zhuǎn)距離為x=2r（5）聯(lián)立以上各式可得粒子的比荷和質(zhì)量分別為（6）由粒子質(zhì)量公式可知，如果帶電粒子的電荷量相同，質(zhì)量有微小差別，就會(huì)打在照相底片上的不同位置，出現(xiàn)一系列的譜線，不同質(zhì)量對(duì)應(yīng)著不同的譜線，叫作質(zhì)譜線。要認(rèn)識(shí)原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”進(jìn)行“觀察”。然而，原子核被強(qiáng)大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。產(chǎn)生這些高能“炮彈”的“工廠”就是各種各樣的粒子加速器在圖1.4-2所示的多級(jí)加速器中，各加速區(qū)的兩板之間用獨(dú)立電源供電，所以粒子從P2飛向P3、從P4飛向P5……時(shí)不會(huì)減速。由于粒子在加速過程中的徑跡為直線，要得到較高動(dòng)能的粒子，其加速裝置要很長。二、回旋加速器1.回旋加速器的發(fā)明1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，實(shí)現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)對(duì)帶電粒子進(jìn)行多級(jí)加速。2.回旋加速器的工作原理利用電場對(duì)帶電粒子的加速作用和磁場對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子，這些過程在回旋加速器的核心部件——兩個(gè)D形盒和其間的窄縫內(nèi)完成。2.回旋加速器的工作原理（1）磁場的作用帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期與速率、半徑均無關(guān)，帶電粒子每次進(jìn)入D形盒都運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后平行電場方向進(jìn)入電場中加速。（2）電場的作用回旋加速器兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時(shí)被加速。（3）交變電場的作用及變化周期為保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時(shí)都被加速，使之能量不斷提高，需在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓。（4）帶電粒子的軌跡特點(diǎn)粒子每經(jīng)過一次加速，其軌道半徑就大一些，但粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期不變。（5）因?yàn)閮蓚€(gè)D形盒之間的窄縫很小，所以帶電粒子在電場中的加速時(shí)間可以忽略不計(jì)。3.帶電粒子的最終能量當(dāng)帶電粒子的速度最大時(shí)，其運(yùn)動(dòng)半徑也最大，由半徑公式得若D形盒半徑為R則帶電粒子的最終動(dòng)能可見，帶電粒子經(jīng)回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無關(guān)，只與磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒半徑R有關(guān)。作業(yè)布置：課本19頁練習(xí)題教學(xué)反思本節(jié)課我們