56洛倫茲力與現(xiàn)代科技

課時計劃課 題洛侖茲力與現(xiàn)代科技課堂類型新授課 課時 1 累計課時教學目標（一） 知識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程；初步了解彩色電視機，電子顯微鏡中電子運動原理（二） 過程與方法了解運用洛倫茲力應(yīng)用與現(xiàn)代高科技設(shè)備中的普遍特點，提高將理論應(yīng)用于實際的能力（三） 情感態(tài)度與價值觀通過了解洛倫茲力的應(yīng)用及在社會發(fā)展中的作用，感受研究洛倫茲力的重要意義教學重點及難點重點：回旋加速器、速度選擇器、質(zhì)譜儀的工作原理難點：回旋加速器的加速和質(zhì)譜儀分離同位素的過程主要教學方 法講授法、理論推導教具CAI教學過程及時間分配主 要 教 學 內(nèi) 容1、 當一個帶電粒子垂直射入勻強磁場時做勻速圓周運動，其向心力是由洛倫茲力提供的2、 帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑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加速的。而實際所能達到的電壓是有限的，因此粒子能量最高只能達到約lOMeV。直線加速器，是讓帶電粒子在多級電場的作用下進行多次加速，這樣就導致整個加速器很長。（3）回旋加速器的原理構(gòu)造：核心部分是兩個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)，磁場方向垂直于D形盒的底面，使帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動。兩個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，用來加速帶電粒子。原理：思考與討論1：帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑與速度增大時，它的運動周期T是否變化?為什么？要保證粒子每次經(jīng)過D形盒的間隙時，都能受到合適的電場力加速，高頻電源的頻率應(yīng)符合怎樣的要求？提示：帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑與速度增大時，它的運2兀m動周期T不變，周期T= ，與半徑和速度沒有關(guān)系；要保證粒子每次qB經(jīng)過D形盒的間隙時，都能受到合適的電場力加速，需使粒子每轉(zhuǎn)半圈，電場改變一次方向，即粒子轉(zhuǎn)一圈，電場改變方向兩次，電場的周期與粒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：普通加速器的磁場是均勻的，加速電場的頻率也是不變的。由于相對論效應(yīng)，粒子在加速過程中，能量的提高會引起它質(zhì)量的增大，從而導致回旋周期增大，使粒子的回旋頻率與加速電場粒子源回旋周期增大，使粒子的回旋頻率與加速電場粒子源速度遠擇器照相底片加速電場速度遠擇器照相底片加速電場|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：先是對高頻加速電場的頻率進行調(diào)整，研制同步回旋加速器；后又研制出磁場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；后科學家運用對撞可使加速粒子能量得到充分利用的原理建成了對撞機，從此開創(chuàng)了加速器發(fā)展的新紀元?，F(xiàn)在加速器的能力提高了9個數(shù)量級，每單位能量的造價降低了約4個數(shù)量級。質(zhì)譜儀作用：分析同位素和測量帶電粒子質(zhì)量的精密儀器。原理：如右圖所示：①經(jīng)過加速電場后的粒子速度為多少？qU=mv2/2,v=72qU/m進入速度選擇器的粒子具有怎樣大小的速度，才能順利進入磁場？Bqv=qE,V=E/B】求落點到入口的距離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：回旋計算器、質(zhì)譜儀、速度選擇器、磁流體發(fā)電機、電子顯微鏡、彩色電視機等現(xiàn)代高科技儀器設(shè)備中，都要用到洛倫茲力來控制電荷的運動。例如，彩色電視機能顯示色彩繽紛的活動圖像：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