1. 回旋加速器解讀
例1. (2005天津高考)正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層(PET)是分子水平上的人體功能顯像的國(guó)際領(lǐng)先技術(shù),它為臨床診斷和治療提供全新的手段。
(1)PET在心臟疾病診療中,需要使用放射正電子的同位素氮13示蹤劑,氮13是由小型回旋加速器輸出的高速質(zhì)子轟擊氧16獲得的,反應(yīng)中同時(shí)還產(chǎn)生另一個(gè)粒子,試寫出該核反應(yīng)方程。
(2)PET所用回旋加速器示意如圖1,其中置于高真空中的金屬D形盒的半徑為R,兩盒間距為d,在左側(cè)D形盒圓心處放有粒子源S,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向如圖所示。質(zhì)子質(zhì)量為m,電荷量為q。設(shè)質(zhì)子從粒子源S進(jìn)入加速電場(chǎng)時(shí)的初速度不計(jì),質(zhì)子在加速器中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為t(其中已略去了質(zhì)子在加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間),質(zhì)子在電場(chǎng)中的加速次數(shù)于回旋半周的次數(shù)相同,加速質(zhì)子時(shí)的電壓大小可視為不變。求此加速器所需的高頻電源頻率f和加速電壓U。
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圖1
(3)試推證當(dāng)
時(shí),質(zhì)子在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間相對(duì)于在D形盒中回旋的時(shí)間可忽略不計(jì)(質(zhì)子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),不考慮磁場(chǎng)的影響)。
解析:
(1)核反應(yīng)方程為:
①
(2)設(shè)質(zhì)子加速后最大速度為v,由牛頓第二定律得:
②
質(zhì)子的回旋周期為:
③
高頻電源的頻率為:
④
質(zhì)子加速后的最大動(dòng)能為:
⑤
設(shè)質(zhì)子在電場(chǎng)中加速的次數(shù)為n,則:
⑥
又
⑦
可解得:
⑧
(3)在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間為:
⑨
在D形盒中回旋的總時(shí)間為
⑩
故
,即當(dāng)
時(shí),
可以忽略不計(jì)。
評(píng)點(diǎn):交變電場(chǎng)的周期等于帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期,經(jīng)交變電場(chǎng)每半周粒子被加速一次。
避免分類討論的解題策略:分類討論的思想是一種重要的解題策略,對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生思維的嚴(yán)密性,嚴(yán)謹(jǐn)性和靈活性以及提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力無(wú)疑具有較大的幫助。然而并不是問(wèn)題中一出現(xiàn)含參數(shù)問(wèn)題就一定得分類討論,如果能結(jié)合利用數(shù)形結(jié)合的思想,函數(shù)的思想等解題思想方法可避免或簡(jiǎn)化分類討論,從而達(dá)到迅速、準(zhǔn)確的解題效果。
練習(xí)1、若函數(shù)f(x)=a+bcosx+csinx的圖象經(jīng)過(guò)點(diǎn)(0,1)和(
,1)兩點(diǎn),且x∈[0,
]時(shí),|f(x)|≤2恒成立,試求a的取值范圍。
練習(xí)2、已知函數(shù)f(x)=sim2x-asim2
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試求以a表示f(x)的最大值b。
練習(xí)3、 若不等式 Cos2x-mCosx+2m-2>0的解集為(0,Л/2),求實(shí)數(shù)m的取值范圍.
4、 “正難則反,補(bǔ)集思想應(yīng)用”可簡(jiǎn)化或避免分類.
例4、 若二次函數(shù)f(x)=mx2+(m-3)x+1的圖象與x軸的交點(diǎn)中至少有一個(gè)在x的正半軸上,求m的取值范圍.
當(dāng)堂檢測(cè):關(guān)于實(shí)數(shù)x的不等式
與
的解集依次記為
,求使
的a的取值范圍.
課堂小結(jié)
[分類討論的經(jīng)典問(wèn)題回放]
1某些概念和函數(shù)的性質(zhì)常常導(dǎo)致分類
例1設(shè)為實(shí)數(shù),函數(shù)
⑴ 討論
奇偶性;⑵ 求函數(shù)
的最小值.
2 “二次問(wèn)題”常常借助兩根的大小或判別式分類
例2.設(shè)不等式x2-2ax+a+2
的解集為M,且M
,求實(shí)數(shù)a的范圍.
3、由圖形位置的不確定而導(dǎo)致分類.
例3、四面體的四個(gè)頂點(diǎn)到平面M的距離之比為1:1:1:3,求滿足條件的平面M的個(gè)數(shù).
[思想方法精析]
分類討論思想是一種“化繁為簡(jiǎn)、化整為零,分別對(duì)待,各個(gè)擊破,再積零為整”的思維策略.
運(yùn)用分類討論思想,應(yīng)把握分類原則、分類方法和注重分類原因的探討.
1 引起分類討論原因的探究.
引起分類討論的原因大致可歸結(jié)為:涉及數(shù)學(xué)概念是分類定義的;運(yùn)用數(shù)學(xué)定理、公式、或運(yùn)算性質(zhì)、法則是分類給出的;求解的數(shù)學(xué)問(wèn)題的結(jié)論有多種情況或多種可能性;數(shù)學(xué)問(wèn)題中含參數(shù),這些參數(shù)不同的取值導(dǎo)致不同的結(jié)果;較復(fù)雜或非常規(guī)的數(shù)學(xué)問(wèn)題,需要采用分類討論的解題策略來(lái)解決.
2 分類討論必須遵循的原則.
施行分類的集合的全集必須是確定的;每一次分類的標(biāo)準(zhǔn)必須是同一的;分類是完備的“彼此的交集為空集,彼此的并集為全集”;若多次分類,必須逐級(jí)進(jìn)行,不能越級(jí).
3 分類討論的方法.
明確分類的對(duì)象,確定對(duì)象的全體;確定分類的標(biāo)準(zhǔn),正確分類;逐類進(jìn)行討論,獲得階段性的結(jié)果;歸納小結(jié),綜合結(jié)論.
4 簡(jiǎn)化或避免分類討論的策略.
化參數(shù)為主元,函數(shù)思想應(yīng)用;正難則反,補(bǔ)集思想的應(yīng)用;換元法;數(shù)形結(jié)合法.
22.設(shè)數(shù)列
是等比數(shù)列,
,公比
是(
)4的展開(kāi)式中的第二項(xiàng)(按x的降冪排列)
(1)
用
表示通項(xiàng)
與前n項(xiàng)和
;
(2)
若
,用
表示
。
21.已知:
.求證:
≥![]()
20.已知
的展開(kāi)式中含xn項(xiàng)的系數(shù)相等,求實(shí)數(shù)m的取值范圍.
19.二項(xiàng)式
的展開(kāi)式中:⑴求常數(shù)項(xiàng);⑵有幾個(gè)有理項(xiàng);⑶有幾個(gè)整式項(xiàng)。
18.某學(xué)習(xí)小組有8個(gè)同學(xué),從男生中選2人,女生中選1人參加數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)三種競(jìng)賽,要求每科均有1人參加,共有180種不同的選法,那么該小組中男、女同學(xué)各有多少人?
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