第六节回旋加速器第六节回旋加速器生：不可能.因为，按这样的极性，带电粒子在第一级电场中能得到加速，但到了下一级就会减速.粒子从加速电场得到的能量，将在减速电场中丧失贻尽.师：说得很对.我们有什么方法可解决这个矛盾吗？生：如果能及时地改变电源的极性，就可以解决了.师：好主意！你能对照图4具体说明一下这“及时”的含义吗？生：设开始时电源极性为a正b负，带正电粒子在第一级电场中加速，当它穿过第一只圆筒即将进入第二级电场时，电源极性应立即变为a负b正，使粒子又能继续加速.同理，当它穿过第二只圆筒刚要进入第三级电场时，电源又及时地改变极性，……以后也是如此.师：分析正确.可见，为了实现带电粒子的多级加速，应该采用交变电源；并且，电源极性的变化还必须与粒子的运动配合默契，步调一致，即要满足同步条件，这是确保加速器正常工作的关键所在.那么，如何做到这一点呢？如果使交变电源以恒定的频率交替改变极性，能够满足同步条件吗？甲生：不能满足.因为带电粒子加速之后的速度越来越大，若金属圆筒的长度相等，则它每次穿越的时间就会越来越短.如要保证同步，电源频率应该越来越高才行.师：谁还有不同的见解吗？乙生：我认为当电源频率恒定时，也有可能满足同步条件，只要使得金属圆筒的长度随着粒子速度的增大而相应地加长就行了.师：甲、乙两位同学的意见可谓异曲同工，都有可能满足同步条件.在具体实施时，人们一般采用的是后一种方案.很明显，实施这种方案的关键，在于合理地设计金属圆筒的长度.那么，各圆筒长之间究竟应符合怎样的关系才行呢？这个问题稍许复杂一点，但只要运用我们所学的有关知识，也是不难解决的.有兴趣的同学在课后可以继续讨论，去完成这项设计任务.(教学内容的安排应有弹性，注意留有余地，以贯彻“因材施教”的原则.)师：通过以上的探索和研究，我们实际上已经勾画出一台加速器的雏形了.“麻雀虽小，五脏俱全”，它包含着一般加速器应具备的几个基本要素.下面，就请同学们一起来小结.（根据学生回答，归纳并板书，关键字眼以彩笔突出.）①利用电场加速带电粒子；②通过多级加速获得高能粒子；③将加速电场以外的区域静电屏蔽；④采用交变电源提供加速电压；⑤电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件.(此段小结很有必要.它不仅可将前段探究活动的成果及时整理、提炼、充实和完善学生的认知结构，同时，也为接着学习回旋加速器奠定了基础，从而起到了承前启后的作用.)师：刚才讨论的这类加速器，人们通常称之为直线加速器.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.这类加速器固然有其优点，但它的设备一字儿排开，往往显得拖沓冗长.于是，我们自然会想：能否寻找一种既可使带电粒子实现多级加速，又不必增加设备长度的方法呢？生：……（思考、议论）师：（自言自语）如果只用一个电场，带电粒子经过加速后还会再次返回，那就好了.……用什么方法能使粒子自动返回呢？……生：（豁然开朗）外加磁场！利用带电粒子在匀强磁场中作圆周运动的特点，可使它重返电场，再次加速.师：好，这确是个巧妙的构想，说不定它还会导致一种新型加速器的延生呢！，当前12345