2019-2020年高中物理 回旋加速器教案 人教版二冊

2019-2020年高中物理回旋加速器教案人教版二冊一、教學目標1知道回旋加速器的基本構(gòu)造及工作原理2知道回旋加速器的基本用途。3能解決有關(guān)回旋加速器的問題。4通過研究討論使學生體會到成功的快樂。二、重點、難點分析回旋加速器的工作原理是本節(jié)課的教學重點，解決有關(guān)加速器的問題是教學的難點。三、教具：計算機、投影儀、多媒體課件四、教法：討論與講解相結(jié)合、多媒體輔助教學五、課時安排：1課時六、教學過程（一）引入新課在現(xiàn)代物理學中，為了進一步研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，需要用能量很高的帶電粒子去轟擊原子核。為了使帶電粒子獲得如此高的能量，就必須設計一個能給帶電粒子加速的裝置加速臾器。點評:學生同樣會設計出多種方案，如：增大加速電壓；使微粒的核質(zhì)比增大，等等。問題3帶電粒子一定，即q/m一定，要使帶電粒子獲得的能量增大，可采取什么方法？問題4.實際所加的電壓，能不能使帶電粒子達到所需要的能量？（不能）怎么辦？【板書】多級加速投影如圖4。帶電粒子增加的動能為©込%a)一皺二級AE=1mv221一一mv220=qU=qU+qU+qU12n=q(U+U+U+U)123n分析：方法可行，但所占的空間范圍大。能不能在較小的范圍內(nèi)實現(xiàn)多級加速呢？引導學生讀書：1932年美國物理學家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，從而解決了這一問題?！景鍟康诹?jié)回旋加速器（如圖5）1構(gòu)造：利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子圖5工作原理： 磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進入勻強磁場時，只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其中周期和速率與半徑無關(guān)。使帶電粒子每次進入D型盒中都能運動相等的時間（半個周期）后，平行于電場方向進入電場中加速。 電場的作用：回旋加速器的兩個D型盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩個D型盒直徑的勻強電場，加速就是在這個區(qū)域完成的。 交變電壓：為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時均被加速，使之能量不斷提高，要在狹縫處加一個與帶電粒子在D型盒中運動周期相同的交變電壓。提問：在加速區(qū)有沒有磁場？對帶電粒子加速有沒有影響?離子所能獲得的最大速度與什么因素有關(guān)系？E=2mv2=2m（qBR）2=2可見帶電粒子獲得的最大能量與D型盒半徑有22m2m關(guān)。三）鞏固練習1質(zhì)量為m、帶電量為q的帶電粒子在回旋加速器中間AO處由靜止釋放，經(jīng)A0A0處的電場加速后進入磁感應強度為B的勻強磁場中做圓周運動，設電場的加速電壓為U，則粒子第一次做勻速圓周運動的軌道半徑R0=，周期T=。2. 在回旋加速器中，如果兩個D型盒不是分別接在高頻交流電源的兩極上，而是接在直流的兩極上，那么帶電粒子能否被加速？請說明理由，并在圖中畫出粒子的運動軌跡（至少畫兩個周期）（四）布置作業(yè)：1仔細閱讀教材；2自學課本185頁閱讀材料七、教學設計說明回旋加速器是現(xiàn)代高能物理研究中所需的重要儀器，為進一步研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)作出了貢獻。但它也有不利的一面。因為在粒子能量很高的情況下，它運動的速度接近光速，按照愛因斯坦的狹義相對論，這時粒子的質(zhì)量也將發(fā)生變化，從而使粒子在磁場中回旋一周的時間發(fā)生變化，又使電場的頻率不再跟粒子運動的頻率一致，這也就破壞了加速器的工作條件，因此要進一步提高粒子的能量就必須采取其他的加速方法。希望學生掌握好現(xiàn)在的基礎知識將來能研究出更切合實際的加速器。2019-2020年高中物理圓周運動優(yōu)秀教案新人教版必修2教材首先列舉生活中的圓周運動，以及科學研究所涉及的范圍，大到星體的運動，小到電子的繞核運轉(zhuǎn)，接著通過比較自行車大小齒輪以及后輪的運動快慢引入線速度、角速度的概念及周期、頻率、轉(zhuǎn)速等概念，最后推導出線速度、角速度、周期間的關(guān)系.教材設計環(huán)環(huán)相扣、結(jié)構(gòu)嚴謹，使整節(jié)課渾然一體，密不可分.本節(jié)課可以通過生活實例（自行車齒輪轉(zhuǎn)動或皮帶傳動裝置），讓學生切實感受到做圓周運動的物體有運動快慢與轉(zhuǎn)動快慢及周期之別，有必要引入相關(guān)的物理量加以描述.學習線速度的概念，可以根據(jù)勻速圓周運動的概念引導學生認識弧長與時間比值保持不變的特點，進而引出線速度的大小與方向.學習角速度和周期的概念時，應向?qū)W生說明這兩個概念是根據(jù)勻速圓周運動的特點和描述運動的需要而引入的，即物體做勻速圓周運動時，每通過一段弧長都與轉(zhuǎn)過一定的圓心角相對應，因而物體沿圓周轉(zhuǎn)動的快慢也可以用轉(zhuǎn)過的圓心角與時間比值來描述，由此引入角速度的概念.又根據(jù)勻速圓周運動具有周期性的特點，物體沿圓周轉(zhuǎn)動的快慢還可以用轉(zhuǎn)動一圈所用時間的長短來描述，為此引入了周期的概念.講述角速度的概念時，不要求向?qū)W生強調(diào)角速度的矢量性.在講述概念的同時，要讓學生體會到勻速圓周運動的特點：線速度的大小、角速度、周期和頻率保持不變的圓周運動.教學重點線速度、角速度、周期概念，及其相互關(guān)系的理解和應用，勻速圓周運動的特點.教學難點角速度概念的理解和勻速圓周運動是變速曲線運動的理解.課時安排1課時三維目標知識與技能1. 了解物體做圓周運動的特征.2. 理解線速度、角速度和周期的概念，知道它們是描述物體做勻速圓周運動快慢的物理量，會用它們的公式進行計算.3. 理解線速度、角速度、周期之間的關(guān)系.過程與方法1. 聯(lián)系日常生活中所觀察到的各種圓周運動的實例，找出共同特征.2. 知道描述物體做圓周運動快慢的方法，進而引出描述物體做圓周運動快慢的物理量：線速度V、角速度e、周期T、轉(zhuǎn)速n等.3. 探究線速度與角速度之間的關(guān)系.情感態(tài)度與價值觀1. 經(jīng)歷觀察、分析總結(jié)及探究等學習活動，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度.2. 通過親身感悟，使學生獲得對描述圓周運動快慢的物理量（線速度、角速度、周期等）以及它們相互關(guān)系的感性認識.課前準備多媒體課件、機械鐘表、小球、細線、風扇、雨傘、水等.教學過程導入新課演示導入演示機械式鐘表時針、分針、秒針的運動情況（可以撥動鐘表的調(diào)節(jié)旋鈕），讓學生觀察后說出不同指針運動的特點，從而引出圓周運動的概念.情景導入課件展示生活中常見的圓周運動：觀覽車脫水桶生活中，我們一定見過很多類似的運動，它們的運動軌跡是一些圓，我們把這種運動叫做圓周運動.推進新課引導學生列舉生活中的圓周運動.參考案例：1. 田徑場彎道上賽跑的運動員的運動；2. 風車的轉(zhuǎn)動;3. 地球的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)；4. 自行車的前后輪、大小齒輪轉(zhuǎn)動等.研究物體的運動時，我們往往關(guān)心的是物體的運動快慢.對于做直線運動的物體，我們用單位時間內(nèi)的位移來描述物體的運動快慢.問題：對于圓周運動又如何描述它們的運動快慢呢？一、線速度演示1：在臺式電風扇的葉片上分別標記紅、藍兩種顏色的點，到中間軸的距離不等.用手撥動葉片轉(zhuǎn)動，注意要慢，讓學生明顯觀察到兩點的運動軌跡.讓學生仔細觀察，說出哪個點運動得快，你是怎么比較的.討論交流我們發(fā)現(xiàn)，兩個點在相同的時間內(nèi)通過的弧長不相等，通過的弧長長的點運動得快，通過的弧長短的點運動得慢.這樣，做圓周運動的物體通過的弧長與所用時間的比值能夠描述物體運動的快慢，我們把它稱之為線速度.定義:做圓周運動的質(zhì)點通過的弧長s與通過這段弧長所用時間t的比值叫做圓周運動的線速度.v=物體沿著圓周運動，并且線速度的大小處處相等，這種運動叫做勻速圓周運動.說明:（1）線速度是物體做勻速圓周運動的瞬時速度.（2）線速度是矢量，它既有大小，也有方向（大?。簐二，方向：在圓周各點的切線方向）.（3）勻速圓周運動是一種非勻速運動，因為線速度的方向在時刻改變.（4）線速度的單位：m/s.針對以上說明展開討論.演示2：水淋在雨傘上，同時搖動傘柄.觀察：水滴沿切線方向飛出.思考：這說明什么？結(jié)論：飛出的水滴在離開傘的瞬間，由于慣性要保持原來的速度方向，因而表明了切線方向即為此時刻線速度的方向.例1分析下圖中，A、B兩點的線速度有什么關(guān)系.解析：主動輪通過皮帶、鏈條、齒輪等帶動從動輪的過程中，皮帶（鏈條）上各點以及兩輪邊緣上各點在相同的時間內(nèi)通過的弧長相等，所以它們線速度大小相等.答案：大小相等二、角速度學生閱讀教材并思考以下幾個問題：1. 角速度是描述圓周運動快慢的物理量；2角速度等于半徑轉(zhuǎn)過的角度Q和所用時間t的比值；（3=）3. 角速度的單位是rad/s.結(jié)合數(shù)學知識，交流討論角速度的單位.說明：對某一確定的勻速圓周運動而言，角速度3是恒定的.4. 周期、頻率和轉(zhuǎn)速學生閱讀教材并思考以下幾個問題：做圓周運動的質(zhì)點運動一周所用的時間叫周期；周期的倒數(shù)（單位時間內(nèi)質(zhì)點完成周期性運動的次數(shù)）叫頻率；每秒鐘轉(zhuǎn)過的圈數(shù)叫轉(zhuǎn)速.注明：下列情況下，同一輪上各點的角速度相同.三、線速度、角速度、周期之間的關(guān)系既然線速度、角速度、周期都是用來描述勻速圓周運動快慢的物理量，那么它們之間有什么樣的關(guān)系呢？分析：一物體做半徑為r的勻速圓周運動，問：1它運動一周所用的時間叫周期，用T表示，它在周期T內(nèi)轉(zhuǎn)過的弧長為2nr.由此可知它的線速度為.2.一個周期T內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為2n，物體的角速度為.通過思考總結(jié)得到：2兀r、v=T丄小,=v=Wr2兀=討論v=Wr(1)當v定時，W與r成反比.(2) 當w一定時，v與r成正比.(3) 當r一定時，v與w成正比.思考例2為rz物體做勻速圓周運動時，v、w、T是否改變？(w、T不變，v大小不變、方向改變)如右圖所示皮帶傳動裝置，主動軸0上有兩個半徑分別為R和r的輪，02上的輪半徑，已知R=2r，r:w=?wB:wC=?問:wAB解答：因為A、B同軸，故w:w=1：1AB因B與C用皮帶傳動，所以v:v=1：1v=wRv=wrBCBBCCv2RB-IBvBxr'1x322R3vr'=BX=vRCvrA=Av®r'CC-R2b2Rc3課堂訓練1.一汽車發(fā)動機的曲軸每分鐘轉(zhuǎn)2400周，求：1)曲軸轉(zhuǎn)動的周期與角速度；(2) 距轉(zhuǎn)軸r=0.2m點的線速度.解：(1)由于曲軸每秒鐘轉(zhuǎn)周，周期T=;而每轉(zhuǎn)一周為2nrad,因此曲軸轉(zhuǎn)動的角速度W二rad/s=251rad/s.(2)已知r=0.2m,因此這一點的線速度v=Wr=251X0.2m/s=50.2m/s.以上可知勻速轉(zhuǎn)動物體的角速度與周期之間的關(guān)系是W=.2個圓環(huán)，以豎直直徑AB為軸勻速轉(zhuǎn)動，如圖所示，則環(huán)上M、N兩點的線速度的大小之比v:v二；角速度之比W:W=；周期之比T:T=.MNMNMN'B答案：:11:11:1課堂小結(jié)本節(jié)課通過描述做勻速圓周運動物體的快慢問題，引入了勻速圓周運動的線速度與角速度及周期、頻率、轉(zhuǎn)速等概念，最后推導出線速度、角速度、周期間的關(guān)系.勻速圓周運動的實質(zhì)是勻速率圓周運動，它是一種變速運動.描述勻速圓周運動快慢的物理量：線速度：v=角速度：w=周期與頻率：f=相互關(guān)系：v=w=v=rw布置作業(yè)教材“問題與練習”1、2、5.板書設計5. 圓周運動一、描述勻速圓周運動的有關(guān)物理量1. 線速度(1) 定義：做圓周運動的物體通過的弧長與所用時間的比值(2) 公式：v=(s為弧長，非位移)(3) 物理意義2. 角速度(1) 定義：做圓周運動的物體的半徑掃過的角度與所用時間的比值(2) 公式：w=(3) 單位：rad/s(4) 物理意義3. 轉(zhuǎn)速和周期二、線速度、角速度、周期間的關(guān)系v=rww=活動與探究主題：測量調(diào)級電風扇葉片的角速度和線速度.過程：小組合作，調(diào)節(jié)電風扇的調(diào)速開關(guān)，分別測定電風扇葉片轉(zhuǎn)動的角速度和線速度.首先制定測量方案，包括選取的工具、測量的步驟及測量數(shù)據(jù)、注意事項等；小組討論方案的可行性；實驗進行，得出數(shù)據(jù)，合作討論交流；寫出報告.習題詳解1.解答：位于赤道和位于北京的兩個物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動的角速度相等，都是3二rad/s=7.3X10-5rad/s.位于赤道的物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動的線速度vi=3R=467m/s位于北京的物體隨地球自轉(zhuǎn)做勻速圓周運動的角速度v2=3R'cos40°=358m/s.2. 解答：分針的周期為T1=1h,時針的周期為T2=12h2（1）分針與時針的角速度之比為31:32=T2:i=12：l.（2）分針針尖與時針針尖的線速度之比為V:V=3r:3r=14.4：1.1211223. 解答：（1）A、B兩點線速度相等，角速度與半徑成反比.（2）A、C兩點角速度相等，線速度與半徑成正比.（3）B、C兩點半徑相等，線速度與角速度成正比.4. 解答：假設腳踏板每2s轉(zhuǎn)1圈，要知道在這種情況下自行車前進的速度有多大，還需要測量的三個輪子的半徑rr2、r3.由題意可知輪1邊緣的線速度自行車的傳動機構(gòu)v1=31r1=32=v=3r=3r二其中T等于2s333231v3為輪3邊緣的線速度，即等于自行車前進的速度.實際測量這里略去.說明：本題的用意是讓學生結(jié)合實際情況來理解勻速圓周運動以及傳動裝置之間線速度、角速度、半徑之間的關(guān)系.但是，車輪上任意一點的運動都不是圓周運動，其軌跡都是滾輪線,所以在處理這個問題時，應該以輪軸為參考系，地面與輪接觸而不打滑，所以地面向右運動的速度等于后輪上一點的線速度.5. 解答：（1）因為電動機的轉(zhuǎn)速為n=300r/min=5r/s1匹廠1所以一個扇區(qū)通過磁頭所用的時間是七=片s.15r/s90（2）1s內(nèi)可讀的扇區(qū)數(shù)為1sX5r/sX18/r=90（個），故可讀字節(jié)數(shù)=512X90=46080（字節(jié)）.說明：本題的用意是讓學生結(jié)合實際情況來理解勻速圓周運動.設計點評本教學設計通過大量的生活實例，引導出圓周運動的定義.對比描述直線運動的物體運動快慢的速度概念，并結(jié)合實例得出線速度以及角速度的概念，并通過分析歸納得出線速度和角速度的關(guān)系.整個設計緊緊和學生的生活實際結(jié)合，化抽象為具體，較好地突破了難點.