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学案
提示1：本节课中涉及的带电粒子是由粒子源产生的，一般是指：质子（）、电子（）、α粒子（）、氕（）、氘（）、氚（）等。没特别说明时，不计重力。
提示2：判定物体的运动形式，要根据其所受合外力的情况和初速度方向的关系来确定。
提示3：一带正电的粒子（不计重力）如图示进入匀强磁场，画出其在匀强磁场中的运动轨迹。
【思考】：如何才能使带电粒子加速？设计方案并画出情景示意图
（一）、带电粒子的直线加速
思考1：在一级直线加速中，质量为m、电量为+q的带电粒子飘入该电场，则穿出电场后的速度大小是多少？
思考：画出多级直线加速器的构造示意图，分析其使带电粒子加速的工作原理，写出带电粒子在其中被加速的过程中有哪些特点？
（二）、回旋加速器
（1）D形盒、交变电场、匀强磁场的作用是什么？
（2）带电粒子在磁场中做圆周运动的半径为什么越来越大？
（3）带电粒子经回旋加速器加速后所获得的最大速率是多少？所获得的最大能量是多少？
（4）要使带电粒子获得更高的能量可以采用哪些措施？
（三）、小结
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加速器
授课人：刘宗红
高二物理（必修加选修）人教版
思考：如何才能使带电粒子加速呢？
利用电场可使带电粒子直线加速。
利用电场和磁场可使带电粒子加速。
（一）、直线加速器：
思考1：利用如图所示的电场给带电粒子加速，其所获得的速度为多少？
思考2：如何才能使带电粒子获得更大的速度呢？
不能。因为从图上可以看出，在相邻两级加速电场的中间，还夹着一个反向电场，当带电粒子通过时，将会受到阻碍作用。
思考3：按如图所示的方案，真能实现多级加速吗？为什么？
如图所示，通
过多级加速使带电粒
子获得更大的速度。
反向电场
思考4：如何改进？
加速电场
一级
二级
三级
四级
v1
提示：设一质子飘入该电场，分析其运动情况。
+
-
v1
+
-
二级
v2
+
-
A
B
A
B
思考4：改进1:使用交流电源

0
u
-u
T
2T
3T
t
A

B
改进2:多级直线加速
带电粒子经过n级电场加速后，获得的能量是多少？
T/2
T/2
T/2
带电粒子每经过第n级加速和下一个相邻的第n个圆筒所用的时间均恰好为T/2
带电粒子经过n级电场加速后，获得的能量是多少？
一级
二级
三级
四级
……
T/2
T/2
T/2
t
0
U
u
-u
T
2T
3T
T/2
T/2
T/2
金属圆筒5
T/2
T/2
1
2
3
4
多级直线加速器
B
A
t=0时φB>φA
+q、m、v0=0

斯坦福直线加速器中心鸟瞰图
如何才能使带电粒子既实现了多级加速，又不必增加设备的长度呢？
在一个电场外再加一个磁场，使经电场加速后穿出的带电粒子又重返电场，进行再次加速，从而使带电粒子获得更大的速度，这样的装置叫回旋加速器。
直线加速器最大的缺点是什么？
设备过长。例如北京正负电子对撞机的注入器部分，就是一个全长200多米的直线加速器。
思考：
思考：
思考：回旋加速器的基本结构是什么？
回旋加速器的基本结构： D形盒（空心的D形金属盒）、强电磁铁、交变电场、粒子源、引出装置等。
（二）、回旋加速器：
带电粒子在磁场中做圆周运动的半径为什么越来越大？
交变电场、匀强磁场的作用分别是什么？
带电粒子（如质子）经回旋加速器加速后，所获得的最大速率是多少？所获得的最大能量是多少？
要使带电粒子获得更高的能量可以采用哪些措施？
思考1：
思考2：
思考3：
思考4：
如果尽量增强回旋加速器的磁场或加大D形盒半径，是不是就可以使带电粒子获得任意高的能量了？
不是。用这种经典的回旋加速器来加速粒子，最高能量只能达到20兆电子伏。这是因为当粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理，粒子的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化，这就破坏了加速器的同步条件。
进一步思考
为了获得更高能量的带电粒子，人们又寻找了新的途径：
设法使交变电源的变化周期始终与粒子的回旋周期保持一致，于是就出现了同步回旋加速器。除此之外，人们还设计制造出多种其它的新型加速器。目前世界上最大的加速器已能使质子达到10000亿电子伏以上的能量。我国在高能粒子研究方面发展很快，并取得了多项举世瞩目的成就。希望同学们树立志向，奋发学习，将来把祖国的科学技术推向世界的最前沿！
费米实验室鸟瞰
费米实验室万亿电子伏特加速器Tevatron示意图
欧洲粒子加速器
美国费米国家加速器实验室（FNAL）--大科学装置
科学网—揭秘世界最大子加速器：大型强子对撞机

回旋加速器_百度百科
小结：
2.思维探究加速带电粒子的不同方法，以及这些方法的优点和局限；
1.带电粒子在电场中直线加速和在电场和磁场中回旋加速的基本原理；
3.要敢于质疑，敢于创新，用科学的态度学习和内化物理知识
谢谢！
参考文献：
山西昔阳县中学校光世昌老师设计的课件
《高二物理教材（选修加必修）》-----人教版
教辅资料《导学与评价》
参与教学设计的老师：教研员江雪；教研组同仁高雪梅、陆族友、宴小华；
幻灯片技术指导：石室中学邓学平
摄像：范光富

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