人教版（新教材）高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE11.4質譜儀與回旋加速器教材分析本節教材的內容屬于帶電粒子在組合場的應用，教材介紹了質譜儀與回旋加速器，從理論到實際應用，讓學生在這一學習過程中對理論與實踐相結合的研究方法有所體會，并且在學習過程中嘗到成功的喜悅，體會科學技術對社會發展的促進作用。教學目標1.質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。教學過程〖知識回顧〗微觀帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的圓半徑和周期，與粒子運動的速度、磁場的磁感應強度有什么關系呢？帶電粒子在勻強磁場中的運動就是洛倫茲力充當向心力qvB=mv2r得r=mvqB〖新課學習〗一、質譜儀1.質譜儀質譜儀是科學研究中用來分析同位素和測量帶電粒子質量的重要工具。2.質譜儀的構造質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偏轉磁場(B2)⑤照相底片3.質譜儀的工作原理（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）在偏轉磁場中，帶電粒子做勻速圓周運動，其運動半徑為：（4）在偏轉電場中，帶電粒子的偏轉距離為x=2r（5）聯立以上各式可得粒子的比荷和質量分別為（6）由粒子質量公式可知，如果帶電粒子的電荷量相同，質量有微小差別，就會打在照相底片上的不同位置，出現一系列的譜線，不同質量對應著不同的譜線，叫作質譜線。要認識原子核內部的情況，必須把核“打開”進行“觀察”。然而，原子核被強大的核力約束，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所示的多級加速器中，各加速區的兩板之間用獨立電源供電，所以粒子從P2飛向P3、從P4飛向P5……時不會減速。由于粒子在加速過程中的徑跡為直線，要得到較高動能的粒子，其加速裝置要很長。二、回旋加速器1.回旋加速器的發明1932年美國物理學家勞倫斯發明了回旋加速器，實現了在較小的空間范圍內對帶電粒子進行多級加速。2.回旋加速器的工作原理利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉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D形盒和其間的窄縫內完成。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入勻強磁場后，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其周期與速率、半徑均無關，帶電粒子每次進入D形盒都運動相等的時間（半個周期）后平行電場方向進入電場中加速。（2）電場的作用回旋加速器兩個D形盒之間的窄縫區域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對截面的勻強電場，帶電粒子經過該區域時被加速。（3）交變電場的作用及變化周期為保證帶電粒子每次經過窄縫時都被加速，使之能量不斷提高，需在窄縫兩側加上跟帶電粒子在D形盒中運動周期相同的交變電壓。（4）帶電粒子的軌跡特點粒子每經過一次加速，其軌道半徑就大一些，但粒子在勻強磁場中做圓周運動的周期不變。（5）因為兩個D形盒之間的窄縫很小，所以帶電粒子在電場中的加速時間可以忽略不計。3.帶電粒子的最終能量當帶電粒子的速度最大時，其運動半徑也最大，由半徑公式得若D形盒半徑為R則帶電粒子的最終動能可見，帶電粒子經回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無關，只與磁感應強度B和D形盒半徑R有關。作業布置：課本19頁練習題教學反思本節課我們學習回顧了二種場對帶電粒子的作用，當帶電粒子只受場力作用時，電場E即可以對帶電粒子加速，也能使帶電粒子偏轉；而帶電粒子在磁場中只能做勻速圓周運動進行回旋偏轉。1.4質譜儀與回旋加速器教材分析本節教材的內容屬于帶電粒子在組合場的應用，教材介紹了質譜儀與回旋加速器，從理論到實際應用，讓學生在這一學習過程中對理論與實踐相結合的研究方法有所體會，并且在學習過程中嘗到成功的喜悅，體會科學技術對社會發展的促進作用。教學目標1.質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。教學過程〖知識回顧〗微觀帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的圓半徑和周期，與粒子運動的速度、磁場的磁感應強度有什么關系呢？帶電粒子在勻強磁場中的運動就是洛倫茲力充當向心力qvB=mv2r得r=mvqB〖新課學習〗一、質譜儀1.質譜儀質譜儀是科學研究中用來分析同位素和測量帶電粒子質量的重要工具。2.質譜儀的構造質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偏轉磁場(B2)⑤照相底片3.質譜儀的工作原理（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）在偏轉磁場中，帶電粒子做勻速圓周運動，其運動半徑為：（4）在偏轉電場中，帶電粒子的偏轉距離為x=2r（5）聯立以上各式可得粒子的比荷和質量分別為（6）由粒子質量公式可知，如果帶電粒子的電荷量相同，質量有微小差別，就會打在照相底片上的不同位置，出現一系列的譜線，不同質量對應著不同的譜線，叫作質譜線。要認識原子核內部的情況，必須把核“打開”進行“觀察”。然而，原子核被強大的核力約束，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所示的多級加速器中，各加速區的兩板之間用獨立電源供電，所以粒子從P2飛向P3、從P4飛向P5……時不會減速。由于粒子在加速過程中的徑跡為直線，要得到較高動能的粒子，其加速裝置要很長。二、回旋加速器1.回旋加速器的發明1932年美國物理學家勞倫斯發明了回旋加速器，實現了在較小的空間范圍內對帶電粒子進行多級加速。2.回旋加速器的工作原理利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉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D形盒和其間的窄縫內完成。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入勻強磁場后，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其周期與速率、半徑均無關，帶電粒子每次進入D形盒都運動相等的時間（半個周期）后平行電場方向進入電場中加速。（2）電場的作用回旋加速器兩個D形盒之間的窄縫區域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對截面的勻強電場，帶電粒子經過該區域時被加速。（3）交變電場的作用及變化周期為保證帶電粒子每次經過窄縫時都被加速，使之能量不斷提高，需在窄縫兩側加上跟帶電粒子在D形盒中運動周期相同的交變電壓。（4）帶電粒子的軌跡特點粒子每經過一次加速，其軌道半徑就大一些，但粒子在勻強磁場中做圓周運動的周期不變。（5）因為兩個D形盒之間的窄縫很小，所以帶電粒子在電場中的加速時間可以忽略不計。3.帶電粒子的最終能量當帶電粒子的速度最大時，其運動半徑也最大，由半徑公式得若D形盒半徑為R則帶電粒子的最終動