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《回旋加速器》教学的反思

高中物理新课程标准将学生探究能力的培养作为物理教学的目标之一，探究

性教学法是培养学生科学探究能力和创新能力的一种重要的教学方法。在教学活

动中，教师通过创设问题情景来引导学生通过分析判断、交流讨论、总结归纳及

教师的点拨提示等途径。使学生理解、掌握知识，进而产生创见并能发现问题、

分析问题和解决问题。这里，我以“回旋加速器”一节为例，谈谈探究性教学的

过程及体会。

1探究性学习的阅读准备阶段

先给出如下材料，让学生阅读并思考：

材料1：在现代物理学中，人们要用能量很高的带电粒子去轰击原子核，来

观察它们的变化情况，怎样才能在实验室里大量产生高能量的带电粒子呢?这就要

用一种常用的实验设备——加速器。

思考：请你根据已学过的知识，设计一种加速器，并画出原理图。

接着将学生所画的加速器的原理图投影展示出来，如图1所示。

再给出一段材料，进一步启发学生思考：

材料2：这种加速器的原理是利用电场进行加速的，早期的加速器就是利用

高压电源的电势差来加速带电粒子的。但它受实际所能达到的电势差的限制，粒

子获得的能量只能达到几十万到几兆eV。如何改进加速器，使粒子能获得更高的

能量呢?让学生汇报改进的方法：采用多级电场的加速，如图2所示。

教师评价学生的设计思想：采用这种多级直线加速器，是很合乎道理的想法，

但要实现这一设想，需要建一个很长很长的实验装置，长度要达几km到几十km，

其中包含多级提供加速电压的装置。在2O世纪初，人们很难建造。

思考：能否设计一种加速器，使粒子在较小的空间内得到电场多次的加速呢?

体会：在阅读准备阶段，教师在课前要精心编写材料和思考题，创设问题情

景，以激发学生解决问题的动机。在课上让学生通过阅读，驱使他们在好奇心的

诱发下去思考、去探究。

2交流、讨论阶段

将学生分成若干小组，先让学生各自独立思考，并在小组内交流讨论，筛选

出一种小组内一致同意的方案，然后由各组代表在课堂上展示原理图并陈述自己

设计的思想。

在组内对改进方案讨论后，发现大致有两种较典型的方案，可选作课堂上集

体讨论。请两个学生代表陈述：

学生甲：我小组设计的原理如图3所示，核心部分是四个电容器构成的匀强

电场和垂直于纸面的匀强磁场。这是在多级直线加速器的基础上，采用磁场使带

电粒子偏转从而减小了加速器的空间长度，而且随着带电粒子的偏转可使粒子得

到电场多次加速，能量不断增大。

学生乙：我小组设计的基本思想也是利用电场对粒子加速、利用磁场使粒子

偏转的，如图4所示，粒子每转一周就得到一次加速。

体会：在交流讨论阶段，通过各组的充分酝酿并汇报各自交流设计的方案，

可以形成“立体化”的信息传递方式，能有效地提高教学思维活动的质量；同时

可以培养学生的团队协作和共同探究的精神。

3典型问题的剖析阶段

针对两种典型方案，教师组织全班集体交流讨论、分析质疑，要求学生能肯

定设计中的亮点，也要对设计方案提出质疑，从而培养学生善于听取他人意见、

勇于探索和实事求是的科学态度。

让学生先评析方案中的共同之处，指出亮点所在：初看两种方案，它们都试

图利用磁场使带电粒子作匀速圆周运动，既能有效地减小加速器的长度，又能使

粒子在多次经过电场时得到多次加速；而且图4的方案中只有一个电容器。比图

3的方案要简单，容易建造……

进而让学生提出质疑：

如学生丙提出：根据公式可知，带电粒子的能量E不断增大，粒子

在匀强磁场中的轨道半径R也不断增大，粒子将不会通过事先设计好的金属板上

小孔，以致无法继续运动下去。

学生丁提出：粒子从电场中的一点出发，经过一周又回到该点，由于电势差

为零，所以电场力不做功，粒子的能量又怎能得到不断增大呢?

见学生丁提出的观点有明显否定两种方案的意图，学生们顿时活跃了起来，

接着又有学生提出：即使上述方案可行，按学生丙的质疑，要使粒子的轨道半径

R不变，在能量E增大时就要同时增大磁感应强度B的大小，那么又如何控制B

的大小呢?

……

最后教师作总结归纳：两种方案有异曲同工之“妙”。都想利用磁场让带电

粒子偏转从而使粒子在电场中得到多次加速，这是设计中的闪光点；大家能在共

同探究的基础上发现问题、提出质疑，并正视设计中的缺陷，