5.6洛伦兹力与现代科技

时间： 年 月 日 课 题 5.6洛伦兹力与现代科技 课 时 2课时 课 型 新课 主备教师 备课组长 审核教师 教学目标 1、了解质谱仪和回旋加速器的工作原理． 2、能够运用学过的知识分析，计算有关带电粒子在匀强磁场中受力、运动的问题． 3、会综合运用电场和磁场知识研究带电粒子在两场中的受力与运动问题 教材分析 本节主要是了解洛伦兹力在现代科技中的广泛应用。重点分析回旋加速器的基本工作原理，学习质谱仪的工作原理，简单了解彩色电视机、电子显微镜的原理。要求学生在教室的指导下，通过讨论和分析论证，弄清回旋加速器的加速过程和质谱仪分离同位素的过程。 学情分析 本节内容是在前一节基础之上的应用，学生已经有了理论基础，所以本节课的学习主要是引导学生，使用已有知识对不同模型中，带电粒子在磁场中的运动分析运动规律和特点。 教学重难点 回旋加速器和质谱仪的工作原理以及带电粒子在磁场中的运动规律 教学准备 多媒体课件 德育教育 了解我国加速器建设，让学生提高民族自豪感，激励学生努力学习投身国家建设的情怀。 教 学 过 程 设 计 导 案（教师活动） 学 案（学生活动） 补充（思考与创新） 【新课导入】 在现代物理学中，为了研究物质的微观结构，往往要用能量很高的带电粒子去轰击各种原子核，观察它们的变化情况．例如，要从原子核中把中子或质子打出来，就得用8兆电子伏的质子．为了探索质子的内部结构，使用了200亿电子伏的电子去轰击质子．怎样才能在实验室大量产生这样高能量的带电粒子呢？ 【进行新课】 一、回旋加速器 1、构造图及特点(如图所示) 回旋加速器的核心部件是两个D形盒，它们之间接交流电源， 整个装置处在与D形盒底面垂直的匀强磁场中。 2、工作原理 ①加速条件 交流电的周期必须跟带电粒子做圆周运动的周期相等，即T＝. ②加速特点 粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些(如图所示)， 但由T＝知，粒子做圆周运动的周期不变。 ③最大动能 由qvB＝m得粒子在回旋加速器获得的最大速率vmax＝BR，获得的最大动能为Ekm＝，可见粒子获得的最大能量是由磁感应强度和D形盒的半径决定的，而与加速电压无关． 3、思考判断 (1)回旋加速器交流电的周期等于带电粒子圆周运动周期的一半．(×) (2)随着粒子加速，动能增大，半径和周期也随之而增大．(×) (3)回旋加速器的加速电压越大，带电粒子获得的最大动能越大．(×) 4、探究交流 带电粒子离开回旋加速器时的最大动能为什么与加速电压无关呢？ 【提示】　这是因为加速电压低，粒子会在D形盒中转过更多的圈数，被加速的次数更多，但最后射出时的最大半径仍为R，如果加速电压高，粒子在磁场中转过的圈数会减少，被加速的次数也会减少，最后射出时的最大半径还是R，即最大动能与加速电压无关。电场的频率应与粒子圆周运动的频率相等，频率f＝，在q、m、B一定的情况下，电场的频率也是确定值。 5、案例分析： 回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以使在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得到加速，两盒放在匀强磁场中，磁感应强度为B，磁场方向垂直于盒底面，离子源置于盒的圆心附近，若离子源射出的离子电荷量为q，质量为m，离子最大回旋半径为R，其运动轨迹如图所示。问： (1)盒内有无电场？ (2)离子在盒内做何种运动？ (3)所加交流电频率应是多大，离子角速度为多大？ (4)离子离开加速器时速度为多大，最大动能为多少？ 【审题指导】　(1)盒内只有磁场而无电场，离子在盒内做匀速圆周运动。 (2)交流电频率由离子做匀速圆周运动的周期决定。 (3)最大动能由最大回旋半径R决定 【解析】 (1)扁形盒由金属导体制成，扁形盒可屏蔽外电场，盒内只 ... ...