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质谱仪与回旋加速器
人民教育出版社●高中物理●选择性必修二●第一章第4节
说课老师：
目 录
CONTENS
01 教材分析
02 学情分析
03 教学目标与重难点
04 教法学法
05 教学流程概述
06 板书设计
学学情情分分析析
教材主要介绍了质谱仪与回旋加速器从 理论到实际应用，让学生在学习的过程 中对理论与实践相结合的研究方法有所 体会，感受到科学技术对社会发展的促
进作用。
从课本结构上来看，在学习本节之前， 学生已经学习了带电粒子在磁场和电场 中的运动。本节内容是对前面学习电场 和磁场内容的综合应用，帮助学生加深
对电场和磁场知识的理解。
3.1.5 能分析带电粒子 在电场中的运动情况， 能解释相关的物理现象。
2.1.3 了解带电粒子在 匀强磁场中的偏转及其
教教法法学学法法 教教学学流流程程
教材关系分析
教材要素分析
教教学学目目标标与与重重难难点点
应用。
板板书书设设计计
教教材材分分析析 教教学学目目标标与与重重难难点点 教教法法学学法法 教教学学流流程程 板板书书设设计计
知识层面 思维层面 能力层面
学生已经对带电粒子在
磁场和电场中的运动有 了一定的认识，能够进 行基本的分析，知道了
一些物理模型。
学生虽然对事物的认知
已经由具体形象思维慢 慢过渡到抽象的逻辑思 维，但是建立过程仍需
处理电场和磁场综合性
问题时仍有些不够熟练， 在解决实际应用问题时
仍有不足。
时间。
科学探究
科学思维
核心
通过能够分开比荷不同的 素养
物理观念
仪与回旋加速器的工作原理， 加 个正确的认识， 体会物理的科技应用价 深学生对磁场和电场的理解。 值，培养学生的科学态度与责任。
验论证等步骤，培养学生的科学思维。 现象和科技原理的科学探究能力。
了解质谱仪与回旋加速器在生活中的应
用，能够对科学和生活科技的关系有一
能够通过受力和运动分析，再结合电
场中加速与圆周运动模型，分析质谱
经历质谱仪和回旋加速器的设计
过程，培养学生从真实情境中分析、
带电粒子和知道如何获得高能
粒子。经历问题的提出，对问题
提取建模信息的能力，培养学生利用所
学电场和磁场相关知识解释、探究生活
进行演绎假设与论证，得出结论，检
态度与责任
教教学学流流程程
学学情情分分析析
教教法法学学法法
板板书书设设计计
教教材材分分析析
1.知道回旋加速器的结构与加速
原理，理解粒子的回旋周期与电
场变化周期之间的关系。 2.通过实例分析，培养学生的科
学探究能力和实际应用能力。
1.理解带电粒子在电场和磁场中
的运动规律，及其在质谱仪中的
应用。 2.理解回旋加速器的工作原理和
应用， 以及在高能物理等领域的
重要性。
教法学法
教学重点
教学难点
教教学学流流程程
学学情情分分析析
板板书书设设计计
教教材材分分析析
教法学法
课中教学环节通过教师的讲授，对于重 难点问题进行讲授和引导，引导学生掌 握建构物理模型的方法，引导学生总结
出解决思路。
创设情境，设置任务， 研究质谱仪与回 旋加速器工作原理时，以学生为主体， 启发引导学生自主探究。
在完成两个设计任务方案时，设置小 组合作交流环节，让学生通过解决问 题组的问题，达到互帮互助的目的。
教教学学目目标标与与重重难难点点 学学流流程程
小组合作探究法
为学生创设合适的物理情境和问题， 引导学生主动思考。
教教材材分分析析 学学情情分分析析
自主探究法
教学准备 多媒体辅助教学设备、学案等。
启发式教学
讲授法
板板书书设设计计
教教学学目目标标与与重重难难点点 学学流流程程
设计质谱仪 与回旋加速 器
带电粒子在 电场、磁场 中的运动
课前复习
深度学习
课堂重点探究
课堂自主探究
归纳科学思路
思维探究
建立科学模型
解决实际问题
质谱仪与 回旋加速 器的应用
学以致用
区分比荷不 同的粒子
高能粒子 的获取
问题情境
学学情情分分析析
板板书书设设计计
教教材材分分析析
学习流程 任务说明
评价要求
1.树立物理观念 通过真实情境创建任务，分析其中包含的带 电粒子在电场和磁场中的运动问题。
认真思考、 准确分析
2.探求科学方法 从真实情境中提取有用信息，建构物理模型。
主动探究、 积极思考、 主动参与
3.推证科学理论 分组讨论，结合所学电场、磁场知识。分析 推理质谱仪与回旋加速器工作原理，建立完 整探究过程。
条理清晰、 推理论证
4.应用实际生活 运用所学知识设计质谱仪和回旋加速器。理 解原理并加以应用。
关注生活、 学以致用
教教学学目目标标与与重重难难点点 学学流流程程
学学情情分分析析
板板书书设设计计
教教材材分分析析
方案二： 让电荷垂直进入匀强磁场，后 在磁场中进行圆周运动
方案一：只使用电场，经历先加速后偏转
【任务一】科学家需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含的物质
的成分。利用所学的知识，你能设计一个方案，以分开电荷量相同、质量不同的
教教学学流流程程
板板书书设设计计
课堂小结
作业布置
带电粒子吗？
预测学生回答
教教材材分分析析 学学情情分分析析
教教学学目目标标与与重重难难点点
探究质谱仪
探究回旋加速器
教教法法学学法法
科技前沿
19世纪末，英国物理学家阿斯顿就按照这样的想法设计了质谱仪，并用质谱仪
发现了氖-20和氖-22，证实了同位素的存在。后来经过多次改进，质谱仪已经
成为一种十分精密的仪器，是科学研究和工业生产中的重要工具。
课堂小结
教教学学流流程程
板板书书设设计计
作业布置
教教材材分分析析 学学情情分分析析
教教学学目目标标与与重重难难点点
探究质谱仪
探究回旋加速器
教教法法学学法法
科技前沿
【任务二】认识质谱仪的结构，理解工作原理
让某种中性气体分子在电离室A内被 电离成离子，大量的电荷量相同，质量 不同的同位素，经同一电场U加速后，经 S孔进入匀强磁场，由于其園周运动的轨 道半径不同，就会打在照相底片D的不同 位置，出现一系列的谱线。
教教学学流流程程
作业布置
课堂小结
板板书书设设计计
教教材材分分析析 学学情情分分析析
教教学学目目标标与与重重难难点点
探究质谱仪
探究回旋加速器
教教法法学学法法
科技前沿
【问题2】若实验分析后，已知这束带电粒
子只有包含氕、氘、氚，请标注出它们分别
【问题1】什么样的带电粒子偏转
半径越大？
教教学学流流程程
课堂小结
作业布置
板板书书设设计计
教教材材分分析析 学学情情分分析析
教教学学目目标标与与重重难难点点
对应的轨迹？
探究质谱仪
探究回旋加速器
教教法法学学法法
科技前沿
生物课本中介绍的同位素标记法
C13幽门螺旋杆菌检测
许多同位素有重要的用途，例如C12是作为确定原子量标准的原子；两种H原子
是制造氢弹的材料; U235是制造原子弹的材料和核反应堆的原料。同位素示踪法广
作业布置
教教学学流流程程
课堂小结
板板书书设设计计
泛应用于科学研究(如国防)、工农业生产和医疗技术方面。
教教材材分分析析 学学情情分分析析
教教学学目目标标与与重重难难点点
探究质谱仪
探究回旋加速器
教教法法学学法法
科技前沿
【任务一】要想了解原子结构，必须要把核“打开”进行“观察”，然而原子核
被强大的核力约束，我们能够怎么把原子核打开呢
探究回旋加速器 科技前沿 课堂小结 作业布置
教教学学流流程程
板板书书设设计计
教教学学目目标标与与重重难难点点
学学情情分分析析
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪
一、直线加速器：
问题1：如何获得高能粒子
问题2：粒子获得的最大动能与什么因素有关
问题3：如何能突破直流高压的限制，使粒子获
得更多的能量？
探究回旋加速器 科技前沿 课堂小结 作业布置
教教学学流流程程
板板书书设设计计
教教学学目目标标与与重重难难点点
学学情情分分析析
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪
探究回旋加速器 科技前沿 课堂小结 作业布置
教教学学流流程程
板板书书设设计计
思考:如何设计一个多次加速且减少占地空间的加速器
1966年建成得的斯坦福大学的加速器管长3050米
教教学学目目标标与与重重难难点点
学学情情分分析析
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪
1932年，美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，世界上第一台回旋加速器
只有4.5英寸，一个巴掌那么大，为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖。
探究回旋加速器 科技前沿 课堂小结 作业布置
教教学学流流程程
板板书书设设计计
世界上第一台回旋加速器
教教学学目目标标与与重重难难点点
学学情情分分析析
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪
【任务二】理解回旋加速器的结构和原理
探究回旋加速器 科技前沿 课堂小结 作业布置
教教学学流流程程
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学学情情分分析析
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪

问题4:你认为这个电场变化的周期是恒定的吗
周期不随运动速率与半径而产生变化
【任务二】理解回旋加速器的结构和原理
问题1：带电粒子在D形盒中做什么运动 匀速圆周运动
问题2：为了保证带电粒子每次到达D形盒缝隙间都能被加速，那D形盒缝隙间的电
场方向应该是恒定的还是变化的 变化的
问题3:粒子被加速后，在D型盒中的运动速率和运动半径都会增加，周期会增加吗
设计意图：先通过问题一、二引导学生理解带电粒子每次经过电场时需进行一次加速。
由于速度的方向发生改变，加速电场需要变化方向。通过问题三、四让学生分析出带电
粒子在做圆周运动时，速度和轨道半径的增大并不能改变周期，再结合带电粒子在回旋
加速器中加速的周期性规律，得出电压变化的周期稳定。
探究回旋加速器 科技前沿 课堂小结 作业布置
教教学学流流程程
板板书书设设计计
教教学学目目标标与与重重难难点点
学学情情分分析析
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪
【任务二】理解回旋加速器的结构和原理
问题5：某种带电粒子在回旋加速器中被不停的持续加速后，带电粒子的能量能否 无限增大 最大能量和什么有关
回旋加速器半径不可能 无限增加，速度不能无 限增加
探究回旋加速器 科技前沿 课堂小结 作业布置
教教学学流流程程
板板书书设设计计
教教学学目目标标与与重重难难点点
学学情情分分析析
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪
【任务二】理解回旋加速器的结构和原理
问题6：质量为m 、电荷量为q的粒子在电势差为U的电场中从静止开始加速运动， 加速n次后速度为vn ，在磁感应强度为B的磁场中做匀速圆周运动，第n次加速后半 径rn有多大
探究回旋加速器 科技前沿 课堂小结 作业布置
教教学学流流程程
板板书书设设计计
教教学学目目标标与与重重难难点点
学学情情分分析析
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪
直径6.16m
我国最新自主研发成功的超导回旋加速器， 质子束能量首次达到231MeV。用于恶性肿 瘤、 心脑血管等重大疾病的诊断和治疗。
美国费术实验室的超级粒子同步回旋加 速器，直径达到2公里左右，能量可达到 500GeV。环形管道的半径为2公里。
教学流程
作业布置
板板书书设设计计
教学流程
课堂小结
探究回旋加速器
科技前沿
学学情情分分析析 教教学学目目标标与与重重难难点点
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪
1.由于不同粒子进入加速电场时初速度并不为零，造成最终粒
子的质量或比荷存在误差，如何改进质谱仪？
2.当粒子的速度非常大时其质量也会变大，交变电源周期难以
与粒子在D形盒中回旋周期同步，如何改进回旋加速器？
3.阅读本节内容，完成本节练习与应用。
各学习小组自由分享所学内容，其他组同学进行补充。
【环节五】布置作业
课堂小结 作业布置
板板书书设设计计
教学流程
教学流程
学学情情分分析析 教教学学目目标标与与重重难难点点
探究回旋加速器
科技前沿
【环节四】课堂小结
教教法法学学法法
教教材材分分析析
探究质谱仪
1.4 质谱仪与回旋加速器 二.回旋加速器
1、直线加速器
2、回旋加速器
教教学学目目标标与与重重难难点点
一.质谱仪
教教学学流流程程
学学情情分分析析
教教法法学学法法
教教材材分分析析

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