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學案
提示1：本節課中涉及的帶電粒子是由粒子源產生的，一般是指：質子（）、電子（）、α粒子（）、氕（）、氘（）、氚（）等。沒特別說明時，不計重力。
提示2：判定物體的運動形式，要根據其所受合外力的情況和初速度方向的關系來確定。
提示3：一帶正電的粒子（不計重力）如圖示進入勻強磁場，畫出其在勻強磁場中的運動軌跡。
【思考】：如何才能使帶電粒子加速？設計方案并畫出情景示意圖
（一）、帶電粒子的直線加速
思考1：在一級直線加速中，質量為m、電量為+q的帶電粒子飄入該電場，則穿出電場后的速度大小是多少？
思考：畫出多級直線加速器的構造示意圖，分析其使帶電粒子加速的工作原理，寫出帶電粒子在其中被加速的過程中有哪些特點？
（二）、回旋加速器
（1）D形盒、交變電場、勻強磁場的作用是什么？
（2）帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑為什么越來越大？
（3）帶電粒子經回旋加速器加速后所獲得的最大速率是多少？所獲得的最大能量是多少？
（4）要使帶電粒子獲得更高的能量可以采用哪些措施？
（三）、小結
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加速器
授課人：劉宗紅
高二物理（必修加選修）人教版
思考：如何才能使帶電粒子加速呢？
利用電場可使帶電粒子直線加速。
利用電場和磁場可使帶電粒子加速。
（一）、直線加速器：
思考1：利用如圖所示的電場給帶電粒子加速，其所獲得的速度為多少？
思考2：如何才能使帶電粒子獲得更大的速度呢？
不能。因為從圖上可以看出，在相鄰兩級加速電場的中間，還夾著一個反向電場，當帶電粒子通過時，將會受到阻礙作用。
思考3：按如圖所示的方案，真能實現多級加速嗎？為什么？
如圖所示，通
過多級加速使帶電粒
子獲得更大的速度。
反向電場
思考4：如何改進？
加速電場
一級
二級
三級
四級
v1
提示：設一質子飄入該電場，分析其運動情況。
+
-
v1
+
-
二級
v2
+
-
A
B
A
B
思考4：改進1:使用交流電源

0
u
-u
T
2T
3T
t
A

B
改進2:多級直線加速
帶電粒子經過n級電場加速后，獲得的能量是多少？
T/2
T/2
T/2
帶電粒子每經過第n級加速和下一個相鄰的第n個圓筒所用的時間均恰好為T/2
帶電粒子經過n級電場加速后，獲得的能量是多少？
一級
二級
三級
四級
……
T/2
T/2
T/2
t
0
U
u
-u
T
2T
3T
T/2
T/2
T/2
金屬圓筒5
T/2
T/2
1
2
3
4
多級直線加速器
B
A
t=0時φB>φA
+q、m、v0=0

斯坦福直線加速器中心鳥瞰圖
如何才能使帶電粒子既實現了多級加速，又不必增加設備的長度呢？
在一個電場外再加一個磁場，使經電場加速后穿出的帶電粒子又重返電場，進行再次加速，從而使帶電粒子獲得更大的速度，這樣的裝置叫回旋加速器。
直線加速器最大的缺點是什么？
設備過長。例如北京正負電子對撞機的注入器部分，就是一個全長200多米的直線加速器。
思考：
思考：
思考：回旋加速器的基本結構是什么？
回旋加速器的基本結構： D形盒（空心的D形金屬盒）、強電磁鐵、交變電場、粒子源、引出裝置等。
（二）、回旋加速器：
帶電粒子在磁場中做圓周運動的半徑為什么越來越大？
交變電場、勻強磁場的作用分別是什么？
帶電粒子（如質子）經回旋加速器加速后，所獲得的最大速率是多少？所獲得的最大能量是多少？
要使帶電粒子獲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：
如果盡量增強回旋加速器的磁場或加大D形盒半徑，是不是就可以使帶電粒子獲得任意高的能量了？
不是。用這種經典的回旋加速器來加速粒子，最高能量只能達到20兆電子伏。這是因為當粒子的速率大到接近光速時，按照相對論原理，粒子的質量將隨速率增大而明顯地增加，從而使粒子的回旋周期也隨之變化，這就破壞了加速器的同步條件。
進一步思考
為了獲得更高能量的帶電粒子，人們又尋找了新的途徑：
設法使交變電源的變化周期始終與粒子的回旋周期保持一致，于是就出現了同步回旋加速器。除此之外，人們還設計制造出多種其它的新型加速器。目前世界上最大的加速器已能使質子達到10000億電子伏以上的能量。我國在高能粒子研究方面發展很快，并取得了多項舉世矚目的成就。希望同學們樹立志向，奮發學習，將來把祖國的科學技術推向世界的最前沿！
費米實驗室鳥瞰
費米實驗室萬億電子伏特加速器Tevatron示意圖
歐洲粒子加速器
美國費米國家加速器實驗室（FNAL）--大科學裝置
科學網—揭秘世界最大子加速器：大型強子對撞機

回旋加速器_百度百科
小結：
2.思維探究加速帶電粒子的不同方法，以及這些方法的優點和局限；
1.帶電粒子在電場中直線加速和在電場和磁場中回旋加速的基本原理；
3.要敢于質疑，敢于創新，用科學的態度學習和內化物理知識
謝謝！
參考文獻：
山西昔陽縣中學校光世昌老師設計的課件
《高二物理教材（選修加必修）》-----人教版
教輔資料《導學與評價》
參與教學設計的老師：教研員江雪；教研組同仁高雪梅、陸族友、宴小華；
幻燈片技術指導：石室中學鄧學平
攝像：范光富

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