1.4 质谱仪与回旋加速器（2课时）教学设计 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

小教研时间： 2025.3.4-3.5 主备人： 王伟 ； 课题 1.4 质谱仪与回旋加速器 学习目标 1、 知道质谱仪和回旋加速器的工作原理 2、 经历质谱仪和回旋加速器工作原理的推理过程，体会逻辑推理的思维方法，会根据定量得出的公式得出结论并进行应用； 3、会利用质谱仪和回旋加速器的相关知识分析解决相应的实际问题 教学重点 质谱仪和回旋加速器的用途及工作原理 教学难点 质谱仪和回旋加速器的工作原理 授课时间 2025.3.4-3.5 课时数 2课时 课题 1.4.1 质谱仪与回旋加速器 第1课时（3.4） 教学内容 教学过程 二次备课 一、质谱仪 1. 质谱仪的诞生背景； 2. 质谱仪的结构及工作原理； （以带电粒子在各个结构中的运动为抓手，引导学生进行思考，最终习得质谱仪的结构和工作原理） 3. 例题训练 4. 课堂小结 5.课后作业 导入：（背景/质谱仪的应用场景）在科学研究和工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其所含物质的成分。 思考1：那我们怎样利用磁场的相关知识将同位素进行分离呢？ 问题情境： （通过问题情境导入，学生利用做学只是对问题进行分析求解，从而认识质谱仪的结构，知道工作原理，使学生对质谱仪的认识更加深入、透彻） 对质谱仪的的相关知识进行总结 1、 结构及作用； 2、 原理及应用； 3、 例题训练及讲解 练习1：质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。右图为质谱仪的原理示意图,现利用质谱仪对氢元素进行测量。让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场。加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中。氢的三种同位素最后打在照相底片D上,形成a、b、c三条“质谱线”。则下列判断正确的是(　　) A.进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 B.进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 C.在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚 D.a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚 答案:A 解析:氢元素的三种同位素离子均带正电,电荷量大小均为e,经过加速电场,由动能定理有eU=Ek=mv2,故进入磁场中的动能相同,B项错误;且质量越大的离子速度越小,故A项正确;三种离子进入磁场后,洛伦兹力充当向心力,evB=m,解得R=,可见,质量越大的离子做圆周运动的半径越大,D项错误;在磁场中运动时间均为半个周期,t=T=,可见离子质量越大运动时间越长,C项错误。 练习2：.(多选)质谱仪的工作原理示意图如图所示。带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。速度选择器内正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(　　) A.质谱仪是分析同位素的重要工具 B.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小 答案:ABC 解析:由加速电场可见粒子所受静电力向下,即粒子带正电,在速度选择器中,静电力水平向右,洛伦兹力水平向左,因此速度选择器中磁场方向垂直于纸面向外,B正确;经过速度选择器时满足qE=qvB,可知能通过狭缝P的带电粒子的速率等于,带电粒子进入匀强磁场做匀速圆周运动,则有R=,可见当v相同时,R∝,所以可以用来区分同位素,且R越大,比荷就越小,D错误。 （通过这道题重点向学生介绍速度选择器的结构、工作原理及用途，能够在实验中大大提高实验精度，减小实验误差） 活动：学生拿出一张白纸将本节课所学的知识进行结构化的总结与检索 课后练习与应用：1；复习与提高B组：5 （要求：写到课堂本上，书写规范，字迹工整，逻辑严密，思维清晰） 4、 原理及应用； 课题 1.4.2 质谱仪与回旋加速器 第2课时（3.5） 教学内容 教学过程 二次备课 一、复习：质谱仪中带电粒子的运动 二、回旋加速器 1.认识结构 2.分析带电粒子的运动与功能关系 3.习得回旋加速器的工作原理 4.例题训练 5.课堂小结 6.课后作业 粒子经过加速电场 进入速度选择器/绝缘狭缝 再进入匀强磁场 打在底片上 导入：（背景/生产生活需要）要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。 思考2：怎样获得高速运动的带电粒子？ （活动：阅读教材获取回旋加速器的相关知识，并进行分享交流） 对回旋加速器的相关知识进行讲解： 1、 结构及作用； 2、 原理及应用； 问1：为了保证带电粒子每次到达D形盒缝隙间都能被加速，D形盒缝隙的电场方向应该是恒定的还是变化的呢？ 问2：你认为这个电场变化的周期是恒定的吗？你分析的依据是？ 问3：回旋加速器加速不同比荷的带电粒子，是否需要调整变化电场的周期? 问4：带电粒子在回旋加速器磁场中运动时间是多少？ 问5：某种带电粒子在回旋加速器中被不停的持续加速后，带电粒子的能量能无限增大吗？这个最大能量跟加速电压有关吗？ 3、 例题训练及讲解； 练习与应用：2； 优化设计：随堂训练1、2；巩固提升：3 教学反思 通过本节课的教学，发现学生不能很好的将必修一、必修二的力与运动以及功与能量等知识结合起来，再接受新知识上存在困难，同时也存在学习习惯的差异。基于以上问题，我将在后续的教学工作中从以下几个方面为抓手： 1、 备课时仔细研读新课标，明确课程学习目标，在备课和授课的过程中加以侧重，同时从学生的学情出发，对本节课的授课环节、学生活动进行设计； 2、 在课堂上以学生为主体，教师引导组织学生完成相应的学习活动，完成学习目标； 3、 对课后作业进行分层设计，立足于学生的学情将课后习题分为“基础题”和“提升题”，要求百分之80以上的学生会做基础题，鼓励学有余力的学生进行提升题训练，拓展学生思维和眼界 学科网（北京）股份有限公司 $$