\帶電粒子在復(fù)合場中的運動教學(xué)目標(biāo)知道質(zhì)譜儀的原理和基本用途知道回旋加速器的基本構(gòu)造和加速原理重點難點重點：回旋加速器對帶電粒子的加速原理難點：加速電場與帶電粒子運動周期的同步關(guān)系教與學(xué)教學(xué)過程：同學(xué)們，我們已經(jīng)知道，電場可以對帶電粒子產(chǎn)生作用，磁場也可以對運動的帶電粒子施加影響，當(dāng)然，電場和磁場共同存在時對帶電粒子也會有影響。請看：質(zhì)譜儀例1：一個質(zhì)量為m，電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔s1飄入電勢差為u的加速電場，然后經(jīng)過s3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片D上，求：（1）粒子進(jìn)入磁場時的速率；（2）粒子在磁場中運動時的軌道半徑。拓展：1、已知電壓U和磁場強度B，根據(jù)打到照相底片的位置求出半徑r，由公式q/m=2u/B2r2，求出帶電粒子的比荷（q/m）。2、若容器A中粒子是幾種同位素（問：同位素有什么特點？），加速后進(jìn)入磁場的速度就會不同，從而導(dǎo)致沿不同的半徑做勻速圓周運動，因而打到照相底片不同的地方，根據(jù)不同的半徑r，由m=qB2r2/2u計算出質(zhì)量之比或質(zhì)量m。這樣的儀器叫質(zhì)譜儀——測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具在有些題目中常出現(xiàn)這種質(zhì)譜儀請同學(xué)們看這樣一道題：例2：如圖所示：A為加速器，B為速度選擇器，磁場與電場正交，C為偏轉(zhuǎn)分離器,現(xiàn)有碳的三種同位素（不計重力），經(jīng)加速后，通過速度選擇器，進(jìn)入分離器后做勻速圓周運動，則下面說法可能正確的是：（BD）A、分離器中有三條粒子運動的軌跡分離器中有一條粒子運動的軌跡分離器中有兩條粒子運動的軌跡D、分離器中沒有粒子運動的軌跡拓展：可以求出被分離出來粒子的比荷嗎？[分析]：（二）回旋加速器同學(xué)們,在高能實驗室里要用到能量很高的帶電粒子,就需要加速器。電場可以使帶電粒子加速，早期制成的加速器就是利用高壓電源的電勢差來加速帶電粒子的。（1）受實際所能達(dá)到的電壓限制，粒子所獲能量并不太高；（2）電壓高，要把兩極板間距離拉開，占空間范圍大。怎樣解決這兩個問題呢？學(xué)生思考一個加速電場可以多次利用。通過磁場可以不改變粒子速度的大小而改變速度的方向，讓粒子回頭再利用原來的電場進(jìn)行加速。回旋加速器的原理帶正電的粒子以速率v0垂直進(jìn)入勻強磁場，在勻強磁場中做勻速圓周運動，經(jīng)半個周期后，在AA’間加一個向上的電場對粒子進(jìn)行加速，速率由v0變成v1，然后粒子以速率v1在磁場中做勻速圓周運動，由于半徑r與v成正比，所以粒子將會沿著半徑增大的圓周運動，又經(jīng)過半個周期，在AA’間要加一個向下的電場對粒子進(jìn)行加速，速率由v1變成v2，然后粒子以速率v2在磁場中做半徑再大一點的勻速圓周運動……如此繼續(xù)下去，每當(dāng)粒子運動到…等處時都使它受到向下的電場加速；每當(dāng)粒子運動到…等處時都使它受到向上的電場加速，這樣回旋下去，速率一步一步地增大——回旋加速器，它占空間小又合實際。下面請你們說說回旋加速器的構(gòu)造需要那些材料。回旋加速器的構(gòu)造學(xué)生回答：磁體、電源、兩個半圓形軌道等看圖講解：核心部分是兩個D形的金屬扁盒，D形盒之間留有窄縫，在中心附近放有粒子源，整個裝置放在巨大的電磁體的兩極之間，磁場方向垂直于D形盒底面由于加速過程中要改變電場方向，D形盒分別接在高頻交流電源的兩極上。我們來看一下整個加速過程：[播放]思考1：在加速過程中電場的方向多長時間變化一次？思考2：每加速一次，粒子的動能改變多少？思考3：經(jīng)半徑為R的回旋加速器加速后，帶電粒子的最終能量為______,回旋的周數(shù)為____,所需時間______結(jié)論：加速電壓越高，帶電粒子每次加速的動能增量越大，回旋半徑也增加越多，導(dǎo)致帶電粒子在D形盒中的回旋次數(shù)越少；反之，加速電壓越低，電粒子在D形盒中的回旋次數(shù)越多，可見加速電壓的高低只影響帶電粒子加速的總次數(shù)，并不影響引出時的速度和最終的能量。下面我們來看幾道題：例3：回旋加速器D形盒中央為質(zhì)子，D形盒間的交變電壓為U＝2×104V，靜止質(zhì)子經(jīng)電場加速后，進(jìn)入D形盒，其最大軌道半徑R＝1m，磁場的磁感應(yīng)強度B＝0.5T，質(zhì)子的質(zhì)量m＝1.67×10－27kg例4：關(guān)于回旋加速器中電場和磁場的作用的敘述，正確的是()A、電場和磁場都對帶電粒子起加速作用B、電場和磁場是交替地對帶電粒子做功的C、只有電場能對帶電粒子起加速作用D、磁場的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運動例5：用同一回旋加速器分別加速α粒子（氦的原子核）和質(zhì)子，則它們飛出D形盒時的速度之