56洛倫茲力與現(xiàn)代科技

課時(shí)計(jì)劃課 題洛侖茲力與現(xiàn)代科技課堂類型新授課 課時(shí) 1 累計(jì)課時(shí)教學(xué)目標(biāo)（一） 知識(shí)與技能了解回旋加速器、速度選擇器、質(zhì)譜儀的工作原理，弄清回旋加速器的加速和質(zhì)譜儀分離同位素的過(guò)程；初步了解彩色電視機(jī)，電子顯微鏡中電子運(yùn)動(dòng)原理（二） 過(guò)程與方法了解運(yùn)用洛倫茲力應(yīng)用與現(xiàn)代高科技設(shè)備中的普遍特點(diǎn)，提高將理論應(yīng)用于實(shí)際的能力（三） 情感態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)了解洛倫茲力的應(yīng)用及在社會(huì)發(fā)展中的作用，感受研究洛倫茲力的重要意義教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)重點(diǎn)：回旋加速器、速度選擇器、質(zhì)譜儀的工作原理難點(diǎn)：回旋加速器的加速和質(zhì)譜儀分離同位素的過(guò)程主要教學(xué)方 法講授法、理論推導(dǎo)教具CAI教學(xué)過(guò)程及時(shí)間分配主 要 教 學(xué) 內(nèi) 容1、 當(dāng)一個(gè)帶電粒子垂直射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其向心力是由洛倫茲力提供的2、 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R和周期T的公式為：cmv2 mv 2nR 2nm由qVB=R'得R=qB；由T=v，得T=qB回旋加速器（1） 什么是加速器：使帶電粒子獲得高能量的設(shè)備。（2） 從直線加速器到回旋加速器思考與討論：早期的加速器是通過(guò)什么方式提高粒子能量的？它與直線加速器都存在怎樣的弊端？提示：

早期的加速器是用不斷提高電源的電壓來(lái)加速的。而實(shí)際所能達(dá)到的電壓是有限的，因此粒子能量最高只能達(dá)到約lOMeV。直線加速器，是讓帶電粒子在多級(jí)電場(chǎng)的作用下進(jìn)行多次加速，這樣就導(dǎo)致整個(gè)加速器很長(zhǎng)。（3）回旋加速器的原理構(gòu)造：核心部分是兩個(gè)D形金屬扁盒，它們之間有一間隙，間隙中心A處是粒子源。D形金屬扁盒裝在真空室內(nèi)，磁場(chǎng)方向垂直于D形盒的底面，使帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。兩個(gè)D形盒分別與高頻電源的兩極相連，使間隙中產(chǎn)生交變電場(chǎng)，用來(lái)加速帶電粒子。原理：思考與討論1：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與速度增大時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)周期T是否變化?為什么？要保證粒子每次經(jīng)過(guò)D形盒的間隙時(shí)，都能受到合適的電場(chǎng)力加速，高頻電源的頻率應(yīng)符合怎樣的要求？提示：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑與速度增大時(shí)，它的運(yùn)2兀m動(dòng)周期T不變，周期T= ，與半徑和速度沒(méi)有關(guān)系；要保證粒子每次qB經(jīng)過(guò)D形盒的間隙時(shí)，都能受到合適的電場(chǎng)力加速，需使粒子每轉(zhuǎn)半圈，電場(chǎng)改變一次方向，即粒子轉(zhuǎn)一圈，電場(chǎng)改變方向兩次，電場(chǎng)的周期與粒2兀m子旋轉(zhuǎn)周期相同T=qB思考與討論2：普通的回旋加速器存在怎樣的弊端？加速器又經(jīng)歷了怎樣的創(chuàng)新歷程？提示：普通加速器的磁場(chǎng)是均勻的，加速電場(chǎng)的頻率也是不變的。由于相對(duì)論效應(yīng)，粒子在加速過(guò)程中，能量的提高會(huì)引起它質(zhì)量的增大，從而導(dǎo)致回旋周期增大，使粒子的回旋頻率與加速電場(chǎng)粒子源回旋周期增大，使粒子的回旋頻率與加速電場(chǎng)粒子源速度遠(yuǎn)擇器照相底片加速電場(chǎng)速度遠(yuǎn)擇器照相底片加速電場(chǎng)|U 1 的交變頻率不再同步，因而粒子得不到持續(xù)的加速。為了得到更高能量的粒子，回旋加速器經(jīng)歷了三次革命：先是對(duì)高頻加速電場(chǎng)的頻率進(jìn)行調(diào)整，研制同步回旋加速器；后又研制出磁場(chǎng)呈某種分布的回旋加速器，它能使不同質(zhì)量的粒子在不同半徑的軌道上回旋頻率保持不變；后科學(xué)家運(yùn)用對(duì)撞可使加速粒子能量得到充分利用的原理建成了對(duì)撞機(jī)，從此開創(chuàng)了加速器發(fā)展的新紀(jì)元?，F(xiàn)在加速器的能力提高了9個(gè)數(shù)量級(jí)，每單位能量的造價(jià)降低了約4個(gè)數(shù)量級(jí)。質(zhì)譜儀作用：分析同位素和測(cè)量帶電粒子質(zhì)量的精密儀器。原理：如右圖所示：①經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)后的粒子速度為多少？qU=mv2/2,v=72qU/m進(jìn)入速度選擇器的粒子具有怎樣大小的速度，才能順利進(jìn)入磁場(chǎng)？Bqv=qE,V=E/B】求落點(diǎn)到入口的距離X?Bqv=mv2/R,R=mv/qB,X=2R=2mv/qB=2mE/qBB22212思考與討論：洛倫茲力在現(xiàn)代科技中的廣泛應(yīng)用提示：回旋計(jì)算器、質(zhì)譜儀、速度選擇器、磁流體發(fā)電機(jī)、電子顯微鏡、彩色電視機(jī)等現(xiàn)代高科技儀器設(shè)備中，都要用到洛倫茲力來(lái)控制電荷的運(yùn)動(dòng)。例如，彩色電視機(jī)能顯示色彩繽紛的活動(dòng)圖像：顯像管內(nèi)的真空電子管的電子槍高速電子束擊中不同顏色的熒光塊，電子束在