2014-2018年中国iptv产业市场运营与发展趋势报告

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1、第六节回旋加速器教学目标：1.知道回旋加速器的基本构造及工作原理.2.知道回旋加速器的基本用途.教学重点：回旋加速器的工作原理.教学难点：回旋加速器的基本用途.教学方法：阅读法、电教法、对比法.教学用具：实物投影仪、CAI课件.教学过程一、引入新课在现代的物理学中，为了进一步研究物质的微观结构，需要能量很高的带电粒子去轰击原子核，为了使带电粒子获得如此高的能量，就必须设计一个能给粒子加速的装置——加速器.二、新课教学让学生阅读课文，然后回答以下问题：［问题1］用什么方法可把带电粒子加速？［学生答］利用加速电场给带电

2、粒子加速.［板书］由动能定理W=ΔEkqu=，v=［问题2］带电粒子一定，即q/m一定，要使带电粒子获得的能量增大，可采取什么方法？［学生答］带电粒子一定，即q/m一定，要使带电粒子获得的能量增大，可增大加速电场两极板间的电势差.［问题3］实际所加的电压，能不能使带电粒子达到所需的能量？（不能）怎么办？［学生答］实际所加的电压，不能使带电粒子达到所需要的能量.不能，可采用多级加速器.［投影片出示多级加速］带电粒子增加的动能ΔE==qu=qu1+qu2+…+qun=q(u1+u2+u3+…+un)分析：方法可行，但所

3、占的空间范围大，能不能在较小的范围内让粒子受到多次电场的加速呢？1932年美国物理学家劳伦斯发明的回旋加速器解决了这一问题.［板书］回旋加速器让学生阅读课文，教师随后就回旋加速器的工作原理进行讲解.［实物投影右图］教师进行讲解：放在A0处的粒子源发出一个带正电的粒子，它以某一速率v0垂直进入匀强磁场，在磁场中做匀速圆周运动，经过半个周期，当它沿着半圆弧A0A1到达A1时，在A1A1′处造成一个向上的电场，使这个带电粒子在A1A1′处受到一次电场的加速，速率由v0增加到v1，然后粒子以速率v1在磁场中做匀速圆周运动.

4、我们知道，粒子的轨道半径跟它的速率成正比，因而粒子将沿着半径增大了的圆周运动，又经过半个周期，当它沿着半圆弧A1′A2′到达A2′时，在A2′A2处造成一个向下的电场，使粒子又一次受到电场的加速，速率增加到v2，如此继续下去，每当粒子运动到A1A′、A3A3′等处时都使它受到向上电场的加速，每当粒子运动到A2′A2、A4′A4等处时都使它受到向下电场的加速，粒子将沿着图示的螺线A0A1A1′A2′A2……回旋下去，速率将一步一步地增大.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期T=2πm/qB跟运动速率和轨道半径无关

5、，对一定的带电粒子和一定的磁感应强度来说，这个周期是恒定的，因此，尽管粒子的速率和半径一次比一次增大，运动周期T却始终不变，这样，如果在直线AA、A′A′处造成一个交变电场，使它以相同的周期T往复变化，那就可以保证粒子每经过直线AA和A′A′时都正好赶上适合的电场方向而被加速.［投影片出示板书］1.回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子的装置.2.回旋加速器的工作原理.（1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期和速

6、率与半径无关，使带电粒子每次进入D形盒中都能运动相等时间（半个周期）后，平行于电场方向进入电场中加速.（2）电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒直径的匀强电场，加速就是在这个区域完成的.（3）交变电压：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加一个与T=2πm/qB相同的交变电压.［实物投影回旋加速器的D形盒］让学生阅读课文后回答下列问题：1.D形金属扁盒的主要作用是什么？2.在加速区有没有磁场？对带电粒子加速有没有影响？3.粒子所能获得的最大

7、能量与什么因素有关？师生共同分析得出结论：1.D形金属扁盒的主要作用是起到静电屏蔽作用，使得盒内空间的电场极弱，这样就可以使运动的粒子只受洛伦兹力的作用做匀速圆周运动.2.在加速区域中也有磁场，但由于加速区间距离很小，磁场对带电粒子的加速过程的影响很小，因此，可以忽略磁场的影响.3.设D形盒的半径为R，则粒子可能获得的最大动能由qvB=m得Ekm==.可见：带电粒子获得的最大能量与D形盒半径有关.由于受D形盒半径R的限制，带电粒子在这种加速器中获得的能量也是有限的.为了获得更大的能量，人类又发明各种类型的新型加速器

8、.让学生继续阅读课文，回答以下问题使用回旋加速器加速带电粒子有何局限性？［学生答］回旋加速器的出现，使人类在获得具有较高能量的粒子方面前进了一步，但是要想进一步提高粒子的能量就很困难了.这是因为，在粒子的能量很高的时候，它的运动速度接近于光速，按照狭义相对论（以后会介绍），这时粒子的质量将随着速率的增加而显著地增大，粒子在磁场中回旋一周所需的时间要发生变化，