回旋加速器教案

回旋加速器教案（精选8篇）

回旋加速器教案 第1篇

教学目标

知识目标

1、知道回旋加速器的基本构造和加速原理.

2、了解加速器的基本用途.

能力目标

通过由直线加速器迁移到回旋加速器的教学，培养学生解决实际问题的能力，开阔学生解决问题的思路.

情感目标

通过介绍我国高能粒子加速器——北京正负电子对撞机的研制，培养民族自豪感，激发同学们学习科学报效祖国的热情.

教学建议

教材分析

本节重点是回旋加速器的加速原理.在通过前面带电粒子在磁场中的运动规律的学习，学生通过反复习电场的相关知识后在理解本节知识时比较容易，需要强调的是：

1、加速电场的平行极板接的是交变电压，且它的周期和粒子的运动周期相同.

2、当粒子加速到接近光速时，加速粒子就不可能了.

教法建议

由于前面已经学习了带电粒子在磁场中的运动规律，因此本节内容在教法上可以通过复习相关的电场知识后在，让学生思考想象加速器的原理，最后得出回旋加速器原理.

在讲解时，教师可以通过介绍中国高能粒子加速器——北京正负电子对撞机的开发以及研制过程，激发学生的民族自豪感，培养学生的爱国主义热情。

教学设计方案

回旋加速器

一、素质教育目标

(一)知识教学点

1、知道回旋加速器的基本构造和加速原理.

2、了解加速器的基本用途.

(二)能力训练点

通过由直线加速器迁移到回旋加速器的教学，培养学生解决实际问题的能力，开阔学生解决问题的思路.

(三)德育渗透点

介绍我国高能粒子加速器——北京正负电子对撞机，培养民族自豪感，激发同学们学习科学报效祖国的热情.

(四)美育渗透点

用优美的语言介绍我国高能粒子加速器的构造原理，用严密的推理，解释回旋加速器的工作原理，让学生充分体会物理教学的语言美及推理过程的逻辑美.

二、学法引导

1、教师通过复习提问法导入，创设物理情境启发学生思考讨论，总结规律.

2、学生复习电场知识，积极思考想象，在教师指导下推导，总结回旋加速器的工作原理和规律.

三、重点·难点·疑点及解决办法

1、重点

回旋加速器的加速原理.

2、难点

加速电场的平行极板接的是交变电压，且它的周期和粒子的运动周期相同.

3、疑点

当粒子加速到接近光速时，加速粒子就不可能了.

4、解决办法

应用上节学习的粒子在磁场中运动半径和周期公式，着力讲清回旋加速器加速带电粒子的原理.

四、课时安排

1课时

五、教具学具准备

回旋回速器挂图

六、师生互动活动设计

教师先复习提问电场知识导入，通过设问让学生思考想象出回旋加速器原理，在教师指导下，学生分析、讨论、总结规律，再通过例题讲解加深理解.课外组织学生讨论粒子运动半径不变的加速器原理.

七、教学步骤

(一)明确目标

(略)

(二)整体感知

本节课讲述带电粒子在磁场中运动在高科技领域中的一个具体运用，首先要引导同学们从直线加速器迁移到回旋加速器，然后分析回旋加速器的加速过程，从而理解它的加速原理，最后比较直线加速器和回旋加速器的优缺点.

(三)重点、难点的学习与目标完成过程

1、直线加速器

我们知道电场可以对带电粒子加速，如果加速电压为u，带电粒子电量为q.带电粒子从静止可加速到能量 ，由于电压的限制，所以一次加速后粒子获得的能量较小，如何获得较大的能量呢?(让学生充分讨论.)可采取多级加速的办法，经过几次加速后粒子的能量 ，所以直线加速器可使粒子获得足够大的能量.但它占地面积太大，能否既让带电粒子多次加速，获得较高能量，又尽可能减少占地面积呢?(让学生展开想象)

2、回旋加速器

利用带电粒子在磁场中作圆周运动的特点，可使带电粒子回旋，为使粒子每经过两极板时都得到加速，极板间需接上一个交变电压，每加速粒子一次，带电粒子运动速率和运动半径都会增加，它运动的周期会变化吗?所接在两极板间的交变电压的周期T等于多少呢?

(让学生回答 )

请同学们讨论：加速粒子的最终能量由哪些因素决定?

当带电粒子速度最大时，其运动半径也最大，即 ，即 ，再由动能定理得： ，所以要提高加速粒子最后的能量，应尽可能增大磁感应强度B和加速器的半径 .

请同学们课后思考，为什么带电粒子加速后的能量与加速电压无关呢?

3、回旋加速器和直线加速器的比较

介绍我国正、负电子对撞机.

(四)总结、扩展

本节课我们学习了回旋回速器的加速原理，希望同学们将来在工作和生活中遇到实际问题时，要开阔思路，注意知识的迁移和综合运用.

八、布置作业

1、1989年初，我国投入运行的高能粒子加速器可把电子的能量加速到2.8GeV，若每级的加速电压 V，需采用几级加速器?

九、板书设计

一、直线加速器

1、单级加速

2、多级加速

二、回旋加速器

1、交变的加速电压周期T

2、多次回旋加速后的能量

三、直线加速器与回旋回速器比较

回旋加速器教案 第2篇

加速电场的平行极板接的是交变电压，且它的周期和粒子的`运动周期相同.

3、疑点

当粒子加速到接近光速时，加速粒子就不可能了.

4、解决办法

应用上节学习的粒子在磁场中运动半径和周期公式，着力讲清回旋加速器加速带电粒子的原理.

四、课时安排

1课时

“回旋加速器”模型解读 第3篇

现行高中物 理教材中介绍的 “回旋加速 器”的核心部分是两个D形的金属扁盒, 如图1所示, 两个D形盒之间留一个窄缝, 在中心附近放有粒子源.D形盒装在真空容器中, 整个装置放在巨大电磁铁的两极之间, 磁场方向垂直于D形盒的底面.

D形金属盒主要起静电屏蔽作用, 使得盒内空间的电场极弱, 可使粒子只受洛伦兹力作用做匀速圆周运动.设D形盒的半径为R, 由得, 粒子获得 的最大动 能, 因此, 带电粒子获得的最大动能Ekm与D形盒半径有关.

磁场的作用是:当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, 带电粒子 的周期, 周期跟运动速率和轨道半径无关, 当带电粒子的电荷量和磁场的磁感应强度一定时, 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, 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.

电场的作用是: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.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粒子运动的周期一致的交变电压.

二、此类高考试题的命制特点

试题综合性强、难度大, 考查的知识点 较多, 如带电粒子在电场中的加速、带电粒子在磁场中的圆周运动、周期和频率等;对能力的考查要求较高, 如理解带电粒子的运动过程、分析带电粒子在D形盒中回旋时每半周的时间与在D形盒中回旋的总时间的关系、分析在电场中每一次加速的时间与在电场中加速的总时间的关系、应用数学公式的推导与变换处理物理问题的能力;另外试题设置的背景也比较贴近科技发展前沿, 可与科技、生物医学领域 等相联系, 体现了物理学与科学、技术、社会 (STS) 的紧密关系.

三、此类高考试题的命题角度与解题技巧

不计重力的粒子在匀强电场中受到的电场力恒定, 因而粒子做匀变速直线运动;粒子只受洛伦兹力的作用在匀强磁场中做匀速圆周运动, 此时洛伦兹力提供向心力.解答的难点是建立带电粒子的运动图景, 在电场中随着粒子不断被加速, 要运用动能定理或者运动学公式解决速度问题;在匀强磁场中随着粒子速度加大, 圆周运动的半径也要变大, 但粒子运动一周的周期不变, 若要求粒子做圆周运动的半径不变, 则随着粒子速度加大时, 磁场的磁感应强度要作相应的变化, 解答时要找出其中的规律.

高考命题角度 (一) :回旋加速器所需的高频电源频率多大?粒子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的总时间为何忽略不计?由此两问可衍生出不同试题.

【例1】正电子发射计算机断层 (PET) 是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术, 它为临床诊断和治疗提供了全新的手段.PET在心脏疾病诊疗中, 需要使用放射正电子的同位素氮13做示踪剂, 氮13是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氧16获得的.

(1) PET所用回旋加速器示意图如图2所示, 其中置于高真空中的金属D形盒的半径为R, 两盒间距为d, 在左侧D形盒圆心处放有粒子源S, 匀强磁场的磁感应强度为B, 方向如图2所示.质子质量为m, 电荷量为q.设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计, 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) , 质子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同, 加速质子时的电压大小可视为不变.求此加速器所需的高频电源频率f和加速电压U.

(2) 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) .

【解题技巧】要理解粒子在D形盒中回旋时每半周的时间相等, 在电场中加速的时间每一次不相等;要找出带电粒子在D形盒中回旋时每半周的时间与在D形盒中回旋的总时间的关系, 在D形盒中回旋的总时间为, 而不是t=nT (质子在电场中被加速的次数为n) , 因为每半周加速1次;要理顺在电场中每一次加速的时 间与在电 场中加速 的总时间 的关系.

拓展思考:磁场一定时, 用同一回旋加速器分别加速荷质比不同的粒子时, 为何要改变交流电的频率?

用回旋加速器分别加速α粒子和质子时, 若磁场相同, 则加在两个D形盒间的交变电压的频率应不同, 其频率之比fα∶fH为多少?

解析:交变电压的周期等于粒子在D形盒匀强磁场中做匀速圆周运动的周期, 因此交变电压的频率, 因磁场相同, 则频率之比.

高考命题角度 (二) :粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t, 粒子能获得的最大动能Ekm, 这是一类常见的命题角度.

(1) 求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比;

(2) 求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t;

(3) 实际使用中, 磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制.若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm, 试讨论粒子能获得的最大动能Ekm.

【例2】1932年劳伦斯 和利文斯设 计出了回 旋加速器.回旋加速器的工作 原理如图3所示, 置于高真空中的D形金属盒半径为R, 两盒间的狭缝很小, 带电粒子穿过的时间可以忽略不计.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.A处粒子源产生的粒子, 质量为m、电荷量为+q, 在加速器中被加速, 加速电压为U, 加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.

【解题技巧】加速电压U越大, 回旋的圈数越少, 从而粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t越短;粒子能获得的最大动能Ekm在磁场一定时由D形金属盒半径R决定, 而与加速电压U无关.

高考命题角度 (三) :随着轨道半径r的增大, 同一盒中相邻轨道的半径之差Δr是增大、减小还是不变也常用来命题.

【例3】 (2011·天津卷) 回旋加速 器的原理 如图4所示, D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒, 它们接在电压一定、频率为f的交流电 源上, 位于D1圆心处的质子 源A能不断产生质子 (初速度可以忽略, 重力不计) , 它们在两盒之间被电场加速, D1和D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中.若质子束从回旋加速器输出时的平均功率为P.

(1) 求输出时质子 束的等效 电流I与P、B、R、f的关系式 (忽略质子在电场中运动的时间, 其最大速度远小于光速) ;

(2) 试推理说明:质子在回旋加速器中运动时, 随轨道半径r的增大, 同一盒中相邻轨道的半径之差Δr是增大、减小还是不变?

解析: (1) 设质子质量为m, 电荷量为q, 质子离开加速器时速度大小为v, 由牛顿第二定律知

质子运动的回旋周期为

由回旋加速器工作原理可知, 交流电源的频率与质子回旋频率相同, 由周期T与频率f的关系得

设在t时间内离开加速器的质子数为N, 则质子束从回旋加速器输出时的平均功率为

输出时质子束的等效电流为

由上述各式得

说明随着轨道半径r的增大, 同一盒中相邻轨道的半径之差Δr减小.

拓展思考:如图4所示, 在回旋加速器的D形盒中D1的O点处有一离子源, 该离子源产生的离子, 经两个D形盒的缝隙间的电场加速后, 进入D形盒D2, 试求在D形盒D2中的相邻的两个半圆形的轨道半径之比?

高考命题角度 (四) :模型变式———粒子在电场中每次加速电压能否不同?由这一疑问命题, 角度大胆而新颖.

【例4】 (2010·山东卷) 如图5所示, 以两虚线为边界, 中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场, 宽度为d, 两侧为相同的匀强磁场, 方向垂直 纸面向里.一质量为m、带电量+q、重力不计的带电粒子, 以初速度v1垂直边界射入磁场做匀速圆周运动, 后进入电场做匀加速运动, 然后第二次进入磁场中运动, 此后粒子在电场和磁场中交替运动.已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍, 第三次是第一次的三倍, 以此类推.求:

(1) 粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功W1.

(2) 粒子第n次经过电场时电场强度的大小En.

(3) 粒子第n次经过电场所用的时间tn.

(4) 假设粒子在磁场中运动时, 电场区域场强为零.请画出从粒子第一次射入磁场至第三次离开电场的过程中, 电场强度随时间变化的关系图线 (不要求写出推导过程, 不要求标明坐标刻度值) .

解析: (1) 设磁场的磁感应强度大小为B, 粒子第n次进入磁场时的半径为Rn, 速度为vn, 由牛顿第二定律得

(4) 如图6所示.

【解题技巧】因要求粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍, 第三次是第一次的三倍, 以此类推, 所以解答的关键是充分应用题给条件找出粒子第n次进入电场时的速度和穿出电场时的速度, 从而根据动能定理解得粒子第n次经过电场时电场强度的大小En, 由于宽度d一定, 则粒子在电场中每次加速电压要不断加大.

高考命题角度 (五) :模型变式———调整平行金属极板的长度及磁感强度, 粒子可以在两板间做加速或 减速运动, 在两板外 能匀速运动吗?

【例5】 (2012·山东卷) 如图7所示, 相隔一定距离的竖直边界两 侧为相同的匀强磁场区, 磁场方向垂直纸面向里, 在边界上固定两长为L的平行金属极板MN和PQ, 两极板中心各有一小孔S1、S2, 两极板间电压的变化规律如图8所示, 正反向电压的大小均为U0, 周期为T0, 在t=0时刻将一个质量为m、电量为q (q>0) 的粒子由S1静止释放, 粒子在电场力的作用下向右运动, 在t=T0/2时刻通过S2垂直于边界进入右侧磁场区. (不计粒子重力, 不考虑极板外的电场)

(1) 求粒子到达S2时的速度大小v和极板距离d;

(2) 为使粒子不与极板相撞, 求磁感应强度的大小应满足的条件;

(3) 若已保证了粒子未与极板相撞, 为使粒子在t=3T0时刻再次到达S2, 且速度恰好为零, 求该过程中粒子在磁场内运动的时间和磁感强度的大小.

解析: (1) 粒子由S1至S2的过程中, 根据动能定理得

【解题技巧】调整平行金属极板的长度及磁感强度大小, 粒子可以不跟金属极板相碰;粒子从t=0时刻由S1静止释放, S1至S2过程匀加速, 之后分别做匀速圆周运动、匀速直线运动、匀速圆周运动、匀减速直线运动至S2, 列出各阶段时间之和为3T0, 方可顺利解答.

高考命题角度 (六) :模型变式———保持加速电场不变, 而粒子在 磁场中做 半径不变 的圆周运动, 这时磁场应作怎样的周期性变化?

【例6】 (2014·天津卷) 同步加速器在粒子物理研究中有重要的应用, 其基本原理简化为 如图9所示的模型.M、N为两块中 心开有小孔的平行金属板.质量为m、电荷量为 +q的粒子A (不计重力) 从M板小孔飘 入板间, 初速度可视为零.每当A进入板间, 两板的电势差变为U, 粒子得到加速, 当A离开N板时, 两板的电荷量均立 即变为零.两板外部 存在垂直纸面向里 的匀强磁 场, A在磁场作 用下做半径为R的圆周运 动, R远大于板 间距离.A经电场多次加速, 动能不断增大, 为使R保持不变, 磁场必须相应的变化.不计粒子加速时间及其做圆周运 动产生的 电磁辐射, 不考虑磁场变 化对粒子 速度的影 响及相对 论效应.求:

(1) A运动第1周时磁场的磁感应强度B1的大小;

(2) 在A运动第n周的时间内电场力做功的平均功率;

(3) 若有一个质量也为m、电荷量为+kq (k为大于1的整数) 的粒子B (不计重力) 与A同时从M板小孔飘入板间, A、B初速度均可视为零, 不计两者间的相互作用, 除此之外, 其他条件均不变.图10中虚线、实线分别表示A、B的运动轨迹.在B的轨迹半径远大于板间距离的前提下, 请指出哪个图能定性地反映A、B的运动轨迹, 并经推导说明理由.

由以上分析可知, 两粒子运动的轨迹如图A所示.

【解题技巧】找出A、B的周期之比, 才能得出A每绕行1周, B就绕行k周, 由于电场只在A通过时存在, 故B仅在与A同时进入电场时才被加速, 经n次加速后A、B的半径之比是一定值, 从而得出B的轨迹半径始终不变.

拓展思考:如图11所示, 为一种获得高能粒子的装置.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板电势仍为零, 粒子在两板间的电场中得到加速.当粒子离开时, A板电势又降到零.粒子在电场一次次加速下动能不断增大, 而绕行半径不变.

(1) 设t=0时, 粒子静止在A板小孔处, 在电场作用下加速, 并开始绕行第一圈, 求粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能En;

(2) 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圈时磁感应强度Bn;

(3) 求粒子绕行n圈所需的总时间t总 (设极板间距远小于R) ;

(4) 在粒子绕行的整个过程中, A板电势可否始终保持+U?为什么?

解析: (1) 经n圈回到A板时被加速n次, 由动能定理得nqU=En-0, 粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能En=nqU.

(4) 不可以, 因为这样粒子在A、B之间飞行时电场对其做功+qU, 使之加速, 在A、B之外飞行时电场又对其做功-qU使之减速, 粒子绕行一周, 电场对其做的总功为零, 能量不会增大.

【结论】从此题可看出:粒子在电场一次次加速下动能不断增大, 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.

高考命题角度 (七) :模型变式———回旋加速器能否让电场做 “锯齿波”形周 期性变化, 而不是“方波形”?粒子在磁场中的运动周期与交变电场的周期不相 等时如何分析粒子的运动?

【例7】 (2011·江苏卷) 某种加速 器的理想模型如图12所示.两块相距很近的平行小极板中间各开有一小孔a、b, 两极板间电 压uab的变化图象如图13所示, 电压的最大值为U0、周期为T0, 在两极板外有垂直纸面向 里的匀强 磁场.若将一质量为m0、电荷量为q的带正电的粒子从板内a孔处静止释放, 经电场加速后进入磁场, 在磁场中运动时间T0后恰能再次从a孔进入电场 加速.现该粒子 的质量增 加了1/100m0. (粒子在两极板间的运动时间不计, 两极板外无电场, 不考虑粒子所受的重力)

(1) 若在t=0时刻将该粒子从板内a孔处静止释放, 求其第二次加速后从b孔射出时的动能;

(2) 现在利用一根长为L的磁屏蔽管 (磁屏蔽管置于磁场中时管内无磁场, 忽略其对管外磁场的影响) , 使图12中实线轨迹 (圆心为O) 上运动的粒子从a孔正下方相距L处的c孔水平射出, 请在图上的相应位置处画出磁屏蔽管;

(3) 若将电压uab的频率提 高为原来 的2倍, 该粒子应何时由板内a孔处静止开始加速, 才能经多次加速后获得最大动能?最大动能是多少?

(2) 磁屏蔽管的位置如图14所示.

【解题技巧】粒子在加速器中的运动为:匀强电场中加速→匀速圆周→加速→……由于洛伦兹力不做功, 求出第二次加速电压, 根据动能定理即可解答第 (1) 小题;粒子匀速通过磁屏蔽管, 相当于其作用是将部分轨迹向下移L的距离, 不难判断磁屏蔽管的位置;只有uab>0时粒子被加速, 据此电压周期和运动周期求出粒子最多连续被加速的次数, 由数学方法找出电场力各次做功的规律, 结合动能定理即可求出最大动能.

回旋加速器教案 第4篇

2003年7月，HI-13串列加速器升级工程经原国防科工委批准立项，主要是在原子能院现有的HI-13串列加速器前端新建一台强流回旋加速器，在后端新建一台超导直线增能器。升级完成后，将建成国际上最大的紧凑型强流质子回旋加速器，也是我国自主创新、自行研制的能量最高的质子回旋加速器，在已有串列加速器实验室的基础上，逐步形成一器多用、多器合用、多领域、多学科的科学研究平台，填补我国中能强流质子回旋加速器、高分辨同位素分离器和超导重离子直线加速器的空白，达到目前国际同类装置的先进水平，使我国成为少数几个拥有新一代放射性核束加速器的国家。

该加速器总设计师张天爵研究员说，为了在核物理、生命科学、材料科学等基础科学研究，核医学、放射医学等应用研究方面发挥独特作用，并结合大量的强流束流动力学研究结果和大量工程经验的基础上，我们最终将该加速器设计的目标确定为100MeV。而将加速器设计为紧凑型，可保证高流强、高效率，降低建造费用和运行费用。

能量从30MeV提升到100MeV，许多技术要求有质的区别。100MeV质子回旋加速器直径6.16米、总重量475吨，主磁铁组合加工精度要求高于0.05毫米。它的研制成功，表明原子能院掌握了特大型超精密磁工艺技术、大功率高稳定度高频技术、大抽速低温真空技术等一批质子回旋加速器核心技术，取得了一系列的创新性成果。

加速器是核科学研究的重要平台，可开展中子物理、新核素合成、质子生物医学效应、质子辐照效应等方面研究，大型质子回旋加速器研发技术还可用于现代医疗。放射性治疗是目前癌症治疗的重要手段之一。与X射线和电子束照射相比，由于质子有尖锐的“布拉格峰”，其在肿瘤处剂量最大，肿瘤前部小于1/3肿瘤处的剂量，肿瘤后部几乎没有剂量，对正常组织损伤小、副作用小，因此在轰击癌细胞的过程中将最大限度地保护人体正常组织。

原子能院是我国加速器起步和发展的摇篮，60多年来，引进开发了各种能量和类型的加速器几十台。1987年从美国引进的HI-13串列加速器正式投入运行，为我国低能核物理研究做出了重要贡献。

回旋加速器教学设计 第5篇

人教版

选修3-1 第三章第6节

一、教材分析

本节教材是从学生已经学过的知识入手，先简单介绍直线加速器的设想，提出不足，进而引出回旋加速器，分析其工作原理，并简单介绍回旋加速器的结构。通过对比多级直线加速器和回旋加速器的优缺点，显示科学发展的规律和发展的方向，引导学生思维，开阔学生思路，强化学生探索意识，激发学生学习兴趣。

二、学情分析

学生对电场和磁场的相关知识有了一定的了解，能够通过自己的分析探索带电粒子的加速原理，进而得到回旋加速器的基本构造。根据本节课内容特点和学生现状，采取探究学习的方法，锻炼学生的探索创新能力、分析解决问题能力，升华情感态度和价值观。具体教学策略是首先提出实际问题，激发学生的学习兴趣，引导学生分析问题，激发学生的思维，结合所学知识提出解决问题的方案，最后达到解决问题的目的，让学生体验成功的喜悦，树立科学探索精神。

三、教学目标 1.知识与技能

a.知道回旋加速器的基本构造和加速原理。

b.知道加速器的基本用途；

c.通过情景设置, 培养学分析实际问题、解决实际问题的能力；

d.通过师生、生生思维碰撞, 开阔学生, 思维锻炼学生的创新意识.2.过程与方法

通过问题提出，结合所学知识，引导学生探究，最后达到知道加 速器的基本结构和加速原理的教学目的，让学生体会研究、设计新仪器的思路。

3.情感态度和价值观

a.介绍我国高能粒子加速器——北京正负电子对撞机, 培养民 族自豪感, 激发学生的学习兴趣；

b.体验探究乐趣, 激发创新意识。

四、教学重难点

教学重点: 回旋加速器的构造和加速原理；

教学难点: 交变电压的周期和粒子的运动周期相同。

五、教学方法

预习检测、教师引导、课堂交流讨论

六、教学过程 预习任务回顾：

1.阅读课本101页至102页回旋加速器相关内容；

2.完成《新新学案》大册子87页预习内容填空。

一、预习情况交流：

1.为什么要对带电微粒进行加速？

答：认识原子核内部结构的需要，加速粒子充当“炮弹”； 追问：原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，为什么质子和质子之间没有因为斥力而解散呢？ 目的：引导学生回答出强相互作用，并复习四种基本相互作用。2.对带电微粒进行加速，选用电场还是磁场？ 答：选用电场。因为洛伦兹力对运动电荷不做功 追问：为什么洛伦兹力对运动电荷不做功？ 目的：引导学生回忆左手定则。

3.如何实现带电粒子在电场中的加速，请画出示意图并计算粒子获得的动能？（假设已知m、q、u、E、d、v00）

此处邀请学生上黑板演板并由学生直接讲解。答：电场中加速的示意图如下：

单级加速

多级加速 m,qm，单级加速：qUmv2

多级加速：qU1qU2qUnq(U1U2Un)mv2 4.采用电场对带电粒子进行加速遇到的问题？

答：单级加速无法实现较高电压；多级加速占据空间很大。

此处给学生一组资料，让学生感知单级和多级加速遇到的问题。相关资料

受到高压设备及绝缘的限制，加速电压不能过高，导致一次加速的方式能得到的带电粒子能量较低。譬如加速电压为2万伏特，质子由静止开始加速，其最终获得的能量只有2104eV（3.21015J）。

1212莱泼正负电子对撞机位于瑞士日内瓦与法国交界处, 是一个建于地表下50至170米深，周长27公里，直径3.8米的圆环形通道, 该工程由14个国家共同投资建设.附：北京正负电子对撞机(BEPC)是世界八大高能加速器中心之一，是我国第一台高能加速器，也是高能物理研究的重大科技基础设施;由长202米的直线加速器、输运线、周长240米的圆型加速器(也称储存环)、高6米重500吨的北京谱仪和围绕储存环的同步辐射实验装置等几部分组成，外型象一只硕大的羽毛球拍。北京正负电子对撞机是当时世界上唯一在轻子和粲粒子产生阈附近研究-粲物理的大型正负电子对撞实验装置，也是该能区迄今为止亮度最高的对撞机。

本段资料的主要任务是让学生了解我国加速器的发展情况，增强国家认同和民族自豪感。5.如何解决上述问题？

答：磁场偏转、电场加速，制作出回旋加速器。追问：磁场和电场应该分开，还是共存在同一区域？ 目的：为后续讲解回旋加速器的结构做铺垫。6.回旋加速器的构造及运行方式？

本问题中先由教师提问，学生回答回旋加速器的结构。再由教师引导学生，得到回旋加速器的运行方式。7.回旋加速器遇到的问题及解决策略？

答：粒子能量达到25—30MeV后，很难再加速。粒子受到狭义相对论质速关系的约束，影响运动周期。

解决策略：回归直线加速。

此问题，回旋加速器遇到的问题学生很容易在书上找出答案，但是解决策略则需要学生思考，基本能得出两种答案：1.调整电场变化的周期，使电场变化的周期与粒子在磁场中运动的周期始终保持一致；2.回归多级直线加速器。

二、思考与讨论

1.带电粒子从回旋加速器射出的最大速度与加速电压是否相关？（B、Rmax一定）解：由qvBmv2qBrmv，得：r，变形知：v，所以，对同一粒子rmqB而言，速度仅与半径相关。而从回旋加速器中离开粒子的最大绕行半径均为回旋加速器的半径，所以带电粒子从回旋加速器射出的最大速度与加速电压无关。有以上分析知：vmaxqBrmax。m2.带电粒子运行第一个半圈、第二个半圈、第三个半圈······第n个半圈的半径比？

21v1m2qU2解：粒子第一次加速，有：qUmv1，qv1Bm，得：r1

2qBmr12mv12qUmv

2粒子第二次加速，有：qUmv222

121212v2m4qUm22qU又qv2Bm2，得：r2 qBmqBmr222mv23qUmv

粒子第三次加速，有：qUmv323，1212122v3m6qUm23qU又qv3Bm，得：r3 qBmqBmr

3经过观察与思考，发现：当粒子进行第n次加速时，有：

1v2m2nqU2nqUmvn0，qvnBmn，得：rn

2qBmrn经以上分析，可得：r1:r2:r3::rn1:2:3::n，由此可 得：r1（:r2-r1）（:r3-r2）:（:rn-rn-1）1（:2-1）（:3-2）:（:n-n-1）3.带电粒子在回旋加速器中的运动时间？（已知m、q、B、Rmax、u、d）

解：经分析知，t总t磁t电，但不论是求t磁还是t电，都需要知道粒子在回旋加速器中加速的次数，也就是粒子在磁场中做半圈匀速圆周运动的次数。

有思考与讨论1知，vmaxqBrmax1，而nqUmv2max0，联立以上m2两式，得到粒子在电场中加速的次数，也就是粒子在磁场中做半圈匀

222BRTmv2qBRmaxmax速圆周运动的次数nmax, 所以t磁n。

22U2qU2mU对于粒子在电场中的加速时间，若省去磁场中的匀速圆周运动而言，可看作t电vmaxqBRmaxmddBRmax, 由此可以到到粒子在回旋amqUU加速器中运动的总时间：t总t磁t电可得：t总t磁t电BR2max2UdBRmax，进一步化简UB(R2max2dRmax)，大多数情况下，电场区域的宽2U度d较小，即t磁t电，可认为t总t磁

三、课堂小结

课堂小结由学生完成。

BR2max2U。

教师预备发言：本节课学习了回旋加速器，知道了回旋加速器的结构及运行方式，并对回旋加速器的相关问题进行了探讨。

四、课堂演练

例1.1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（）A.离子由加速器的中心附近进入加速器 B.离子由加速器的边缘进入加速器 C.离子从磁场中获得能量 D.离子从电场中获得能量 答案：AD 例2.一个用于加速质子的回旋加速器,其D形盒半径为R,垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B,两盒分别与交流电源相连，下列说法正确的是（）A.质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大 B.质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大 C.只要R足够大,质子的速度可以被加速到任意值 D.不需要改变任何量,这个装置也能用于加速α粒子 答案：A

五、作业布置

1.完成练习册回旋加速器相关习题

2.查找相关资料，了解加速器的发展情况，下节课进行交流学习。3.预习教材质谱仪相关内容，完成《新新学案》大册子86页内容

六、课后反思

作为一节公开课，回旋加速器这节内容比较顺利的讲完了，有一些心得与收获，在此记下来：

自己的设想是想让学生的提前预习，然后通过预习互动，推动课堂发展，但学生的预习并不到位、不深入，导致预习交流阶段的课堂推进缓慢。

评课过程中，各位老师提出的建议，我很赞同：

1.引导学生的问题以及学生回答问题之后的追问有时有些随意，甚至会产生一些误导。2.有时自己思考问题也喜欢以感性的方式思考，不喜欢以理性的方式列式说明，如思考与讨论1中vmax与加速电压是否相关的问题讨论；

3.围绕课堂的主线在紧凑一些，尽量不要因为和学生的互动而偏离主线，要做到形散神聚。

回旋舞教案 第6篇

一、教学设想

1、教材解读：《回旋舞》、《在一个地铁车站》这两首短诗采用了欧美近代以来诗歌创作的一些代表性的表现手法，法国象征主义和美国的意象派。

2、教学目标：

（1）理解诗歌的象征意义和深层含义，懂得把握诗歌的意象；（2）把握写作背景，正确理解诗中表达的思想感情。

3、教学重点、难点：

初步掌握借助意象来把握诗歌丰富、深刻的思想情感的方法

4、教学方式： 比较阅读、拓展阅读

5、教学时数： 1课时

二、教学步骤

（一）导入新课： 上一课，我们领略了中国传统诗歌的魅力，今天我们再将艺术的轻舟驰向大洋那一边的欧美近代诗歌，让我们在中外不同风格的诗歌海洋中“荡起双桨”吧„„

（二）解读诗歌——《回旋舞》

1、作者简介：保尔•福尔（1872—1960），法国诗人，被称为“象征派诗王”。他的诗集共有32卷之多，有名的《法兰西短歌集》，便是包含了他全部作品的总集。福尔数十年如一日始终不懈地写作“巴拉德（民歌形式的短歌）”，这是他毕生创作诗歌的固定形式。

保尔•福尔被戴望舒称为“法国后期象征派中的最淳朴、最光耀、最富于诗情的诗人”。在这首诗中，保尔•福尔用童话般的想像展示了“世界大同”的思想。

2、师范读后学生自由朗读。

3、整体感知诗歌的主要内容

明确：诗的前两节提出了两个假设“假如全世界的少女都肯携起手来”“假如全世界的男孩都肯做水手”，这两个“假如”排除了全世界所有男孩女孩之间的误解、隔阂、歧视，甚至冲突。如果这两个充满童话色彩的假设能够实现，“她们可以在大海周围跳一个回旋舞”“他们可以用他们的船在水上造成一座美丽的桥”，那么全世界的男孩女孩将有可能组织起盛况空前的全球人类大联欢。正如诗的最后一节强调的：“人们便可以绕着全世界跳一个回旋舞，／假如全世界的男女孩都肯携起手来。”

4、小组讨论下列问题：（1）、《回旋舞》中少男少女拉起手来围着大海跳舞是否有某种象征意义？

明确：这首诗以“回旋舞”为主要意象，这是从法国民间舞蹈“回旋舞”的表演形式中摄取诗意，生发开来的。作为抒情诗人，保尔•福尔特别歌唱爱情和人类的友爱。全世界的少男少女都携起手来，团结起来，没有肤色、种族、国别的差别，大家共跳一个回旋舞，世界不就充满了爱吗？诗人唱出的全世界人民和睦团结的颂歌，表达了诗人美好的理想和乐观的情调。这首诗是诗人在20世纪前期那个风雨飘摇的年代，用饱含深情的笔写下的向往和平安宁的愿望。

（2）如何理解前两节提出的两个假设“假如全世界的少女都肯携起手来”“假如全世界的男孩都肯做水手”？

明确：这两个“假如”排除了全世界所有男孩女孩之间的误解、隔阂、歧视，甚至冲突。如果这两个充满童话色彩的假设能够实现，“她们可以在大海周围跳一个回旋舞”“他们可以用他们的船在水上造成一座美丽的桥”，那么全世界的男孩女孩将有可能组织起盛况空前的全球人类大联欢。正如诗的最后一节强调的：“人们便可以绕着全世界跳一个回旋舞，／假如全世界的男女孩都肯携起手来。”

（3）赏析本诗的艺术形式，请一至两个同学说说他们的分析

明确：整首诗以三个假设的排比句铺排来，诗歌的主旨在重复的吟唱中不断地得到了强化。全人类不分男女、种族、肤色、国家差别，一起跳同一种舞蹈，借用法国常见的民间舞蹈，唱出全世界人民和睦团结的颂歌，表达诗人希望全人类破除一切隔阂、猜忌，共同创造“大同世界”的美好理想和乐观精神。末句“假如全世界的男女孩都肯携手起来”呼应首句：“假如全世界的少女都肯携手起来”，首尾相接、回环往复、浑然天成。

（三）课后作业

1、运用意象分析以下几首古诗：

商山早行 温庭筠

晨起动征铎，客行悲故乡。鸡声茅店月，人迹板桥霜。槲叶落山路，枳花明驿墙。因思杜陵梦，凫雁满回塘。

题都城南庄 崔护

幼儿园中班教案《声音回旋曲》 第7篇

活动目标：

1.学唱歌曲《咿呀咿呀》，感受歌曲所表达的欢乐情绪。

2.歌曲猫、狗、鸭的音响，学习这三种动物的真实叫声。对周围环境中动物的叫声感兴趣。

3.借助图谱记忆歌词、学习歌曲。

4.能根据音乐的速度，变换动作速度。

活动准备：

1.《小朋友的书.我探索我快乐》磁带及录音机。

2.自备猫、狗、鸭三种动物真实叫声的录音。

活动过程：

一、学习歌曲《声音回旋曲》

1.引题导入

师：我们小朋友高兴时，会情不自禁地唱起歌来，这里有一首高兴时让我们小朋友唱的歌曲。

2.教师范唱。

提问：听到了这首歌曲中有什么歌词？（把快乐声音发出来，咿呀咿呀哟）这两句歌词有没有重复。

3.教师范唱

4.幼儿学习在弱起拍歌曲中合重拍的拍手方式。

5.幼儿学唱歌曲。

二、学习动物的叫声

1.师：我们小朋友高兴时喜欢唱歌，小动物高兴时也要唱歌。那么我们，来听听小动物是怎么唱的呢？

2.放小动物叫的录音，请幼儿模仿小动物叫声。

学猫的叫声。教师放猫叫的录音，请幼儿根据录音学猫叫

学狗的叫声。（过程与学猫叫相同）

学鸭的叫声。（过程与学猫、狗叫相同）

回旋加速器学习要点例说 第8篇

例1 (2008年广东卷) 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器, 其原理如图1所示, 这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成, 其间留有空隙, 下列说法正确的是 ()

(A) 离子由加速器的中心附近进入加速器

(B) 离子由加速器的边缘进入加速器

(C) 离子从磁场中获得能量

(D) 离子从电场中获得能量

解析:回旋加速器用两个D形金属盒做外壳, 分别充当交流电源的两极, 同时对带电粒子可起到静电屏蔽作用.由于金属盒屏蔽外界电场, 盒内电场很弱, 从而保证粒子在盒内只受磁场力作用而做匀速圆周运动.回旋加速器中磁场和电场分工合作——磁场回旋、电场加速.离子由加速器的中心附近进入加速器, 从电场中获取能量, 最后从加速器边缘离开加速器, 选项 (A) 、 (D) 正确.

二、带电粒子在D形金属盒内运动的轨道半径是不等距分布的

例2 (2009年江苏卷) 1932年, 劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如图2所示, 置于高真空中的D形金属盒半径为R, 两盒间的狭缝很小, 带电粒子穿过的时间可以忽略不计.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.A处粒子源产生的粒子, 质量为m、电荷量为+q, 在加速器中被加速, 加速电压为U.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用. (1) 求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比.

解析:设粒子第1次经过狭缝后在磁场中运动的半径为r1, 速度为v1, 则由动能定理及牛顿第二定律可得:

解得:

设粒子第2次经过狭缝后在磁场中运动的半径为r2, 速度为v2, 则由动能定理及牛顿第二定律可得:

解得:

则.

同理粒子第3次、第4次、…、第n次经过狭缝后的半径分别为, 所以任意两个相邻的圆形轨道半径之差为.可见带电粒子在D形金属盒内运动时, 轨道是不等距分布的, 越靠近D形金属盒的边缘, 相邻两轨道的间距越小.

三、带电粒子在回旋加速器内运动, 决定其最终能量的因素

例3回旋加速器是加速带电粒子的装置, 其核心部分是分别与高频电源的两极相连接的两个D形金属盒, 两盒间的狭缝中有周期性变化的电场, 使粒子在通过狭缝时都能得到加速, 两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中, 如图3所示, 则下列说法中正确的是 ()

(A) 只增大狭缝间的加速电压, 可增大带电粒子射出时的动能

(B) 只增大狭缝间的加速电压, 可增大带电粒子在回旋加速器中运动的时间

(C) 只增大磁场的磁感应强度, 可增大带电粒子射出时的动能

(D) 用同一回旋加速器可以同时加速质子 (11H) 和氚核 (13H)

解析:由于D形金属盒的大小一定, 所以不管粒子的大小及带电量如何, 粒子最终从加速器内射出时应具有相同的旋转半径.由洛伦兹力提供做匀速圆周运动的向心力得, 而粒子的动能, 即最大动能对应的是D形盒半径R, 即, 与加速电压大小无关.增加加速电压, 最大动能不变, 加速次数减少, 回旋次数减少, 因此运动时间减少.质子和氚核的回旋周期不同, 因此不能同时加速.正确答案为 (C) .

四、决定带电粒子在回旋加速器内运动时间长短的因素

例4 (2005年天津卷) 正电子发射计算机断层 (PET) 是分子水平上的人体功能显像的国际领先技术, 它为临床诊断和治疗提供全新的手段.PET所用回旋加速器示意如图4所示, 其中置于高真空中的金属D形盒的半径为R, 两盒间距为d, 在左侧D形盒圆心处放有粒子源S, 匀强磁场的磁感应强度为B, 方向如图4所示.质子质量为m, 电荷量为q.设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计, 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) , 质子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同, 加速质子时的电压大小可视为不变.求:

(1) 此加速器所需的高频电源频率f和加速电压U;

(2) 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) .

解析: (1) 设质子加速后的最大速度为v, 由洛伦兹力提供粒子做匀速圆周运动的向心力, 可得:

质子的回旋周期为:

高频电源的频率为:

质子加速后的最大动能为:

设质子在电场中加速的次数为n, 则Ek=nqU

又, 所以, 加速电压为:.

(2) 在电场中加速的总时间为:

在D形盒中回旋的总时间为:

故, 即当R>>d时, t1可以忽略不计.

带电粒子在回旋加速器内运动时间长短, 与带电粒子做匀速圆周运动的周期有关, 同时还与带电粒在磁场中转动的圈数有关.

五、交流电源的频率有何要求

例5如图5甲是回旋加速器的示意图.其核心部分是两个D型金属盒, 在加速带电粒子时, 两金属盒置于匀强磁场中, 并分别与高频电源相连.带电粒子在电场中的动能Ek随时间t的变化规律如图5乙所示, 若忽略带电粒子在电场中的加速时间, 则下列判断正确的是 ()

(A) 在Ek-t图象中, t4-t3=t3-t2=t2-t1

(B) 高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1

(C) 带电粒子每运动一周被加速两次

(D) 加速电场方向需要做周期性的变化

解析:电场的作用是使粒子加速, 磁场的作用则使粒子回旋, 两者分工明确, 同时又配合默契:电源交替变化一周, 粒子被加速两次, 并恰好回旋一周, 这正是确保加速器正常运行的同步条件.带电粒子在匀强磁场中的运转周期与速率和半径无关, 尽管粒子运动的速率和半径不断增大, 但粒子每转半周的时间不变, 所以, 高频电源的频率为, 且加速电场方向需要做周期性的变化.正确答案为 (A) 、 (C) 、 (D) .

六、带电粒子在回旋加速器中不能被无限加速

相对论指出, 粒子的质量m与速率v有关, 当粒子的速率增大时, 它的质量将随之增大, 它的回旋周期也将增大, 因而在加速过程中, 粒子不能按时到达缝隙, 总要迟到一点而不能保证在经过缝隙时总被加速.特别是当粒子的速度接近光速c时, 回旋加速器的工作原理不再成立, 因而不能正常工作, 故不宜用回旋加速器加速电子等带电轻粒子.

例6 (上接例2) (2) 求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t;

(3) 实际使用中, 磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制.若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm, 试讨论粒子能获得的最大动能Ekm.

解析: (2) 设粒子到出口处被加速了n圈, 则由动能定理及牛顿第二定律可得:

解得:.

(3) 加速电场的频率应等于粒子在磁场中做圆周运动的频率, 即, 当磁场感应强度为Bm时, 加速电场的频率应为:.

粒子的动能为:.

当fBm≤fm时, 粒子的最大动能由Bm决定, 由, 得:.

当fBm≥fm时, 粒子的最大动能由fm决定, 由vm=2πfmR, 得:Ekm=2π2mfm2R2.

七、如何使粒子被加速到更高能量

例7现代科学研究中常要用到高速电子, 电子感应加速器就是利用变化的磁场产生电场使电子加速的设备, 它的基本原理如图6所示.在上、下两个电磁铁形成的异名磁极之间有一个环形真空室, 电子在真空室中做圆周运动.上边为主视图, 下边为真空室的俯视图.如果从上向下看, 电子沿逆时针方向运动, 则以下方法能够使电子加速的是 ()

(A) 若电磁铁线圈中的电流方向与图示中方向一致, 使电流减小

(B) 若电磁铁线圈中的电流方向与图示中方向一致, 保持电流不变

(C) 若电磁铁线圈中的电流方向与图示中方向相反, 使电流增大

(D) 若电磁铁线圈中的电流方向与图示中方向相反, 使电流减小

解析:电子感应加速器是回旋式加速器的一种, 它是利用变化的磁场激发感生电场而达到加速电子的目的.1932年J.斯莱皮恩提出构想, 1940年制成把电子加速到2.3兆电子伏特 (MeV) 的电子感应加速器, 经不断改进到1945年建成100 MeV的电子感应加速器.如图6所示, 在圆形电磁铁的两极间有一环形真空室, 在交变电流激励下两极间出现交变磁场, 这交变磁场又激发一感生电场.从电子枪射到真空室的电子受到两个作用力: (1) 受感生电场沿切向的加速力; (2) 受磁场沿径向的洛伦兹力, 充当维持圆周运动的向心力.由于磁场和感生电场都是交变的, 所以在交变电流的一个周期内, 只有当感生电场的方向与电子绕行的方向相反时, 电子才能得到加速, 所以题目中只有电磁铁线圈中的电流方向与图示中方向相反, 且使电流减小, 才能够使电子加速, 正确答案为 (D) .