高中物理人教版5第十九章原子核3探測射線的方法

第三節(jié)探測射線的方法教學(xué)目標(biāo)：（一）知識與技能1、知道放射線的粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象。2、知道用肉眼不能直接看到的放射線可以用適當(dāng)?shù)膬x器探測到。3、了解云室、氣泡室和計數(shù)器的簡單構(gòu)造和基本原理。（二）過程與方法1、能分析探測射線過程中的現(xiàn)象。2、培養(yǎng)學(xué)生運用已知結(jié)論正確類比推理的能力。（三）情感、態(tài)度與價值觀1、培養(yǎng)學(xué)生認真嚴謹?shù)目茖W(xué)分析問題的品質(zhì)。2、從知識是相互關(guān)聯(lián)、相互補充的思想中，培養(yǎng)學(xué)生建立事物是相互聯(lián)系的唯物主義觀點。3、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識解決實際問題的能力。教學(xué)重點：根據(jù)探測器探測到的現(xiàn)象分析、探知各種運動粒子。教學(xué)難點：1、探測器的結(jié)構(gòu)與基本原理。2、如何觀察實驗現(xiàn)象,并根據(jù)實驗現(xiàn)象分析粒子的帶電、動量、能量等特性，從而判斷是何種射線，區(qū)分射線的本質(zhì)是何種粒子。教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。教學(xué)用具：掛圖，實驗器材模型，課件，多媒體教學(xué)設(shè)備。教學(xué)過程：（一）引入新課前面我們學(xué)習(xí)了天然放射現(xiàn)象，知道了三種射線的本質(zhì)。但是放射線是看不見的，我們是如何探知放射線的存在的呢？這節(jié)課，我們來學(xué)習(xí)幾種常用的探測射線的方法。（二）新課教學(xué)教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材83頁的第一部分，思考并討論：放射線雖然看不見，但我們根據(jù)什么來探知放射線的存在呢？學(xué)生活動：閱讀教材并討論后會回答：放射線雖然看不見，但我們可根據(jù)放射線的粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象來探知放射線的存在。追問：這些現(xiàn)象主要有哪些呢？學(xué)生：這些現(xiàn)象主要有：（1）使氣體電離，這些離子可使過飽和汽產(chǎn)生云霧或使過熱液體產(chǎn)生氣泡。（2）使照相底片感光。（3）使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光。1、威耳遜云室教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“威耳遜云室”部分的內(nèi)容，并組織學(xué)生對課文內(nèi)容進行討論。提問：（1）構(gòu)造是什么？（2）基本原理是什么？（3）怎樣才能觀察到射線的徑跡？學(xué)生活動：討論并選出代表回答問題（1）威耳遜云室主要部分是一個圓筒狀容器，下部是一個可以上下移動的活塞，上蓋是透明的，可以通過它來觀察和拍攝粒子運動的徑跡。室內(nèi)由光源通過旁邊的窗子照明。少量放射性物質(zhì)（放射源）放在室內(nèi)側(cè)壁附近（或放在室外，讓放射線從側(cè)壁的窗口射入）。（2）學(xué)生對于這一問題可能回答不明確，教師引導(dǎo)學(xué)生回答，講清云室實驗的基本原理：我們知道，水蒸氣遇冷凝結(jié)，會形成很小的霧珠，這時它需要有凝結(jié)的核心。云和霧就是這樣形成的。如果空氣中沒有任何塵埃或離子，水蒸氣就是達到過飽和狀態(tài)，也不能馬上凝結(jié)。但是如果這時由于某種原因在空氣中產(chǎn)生了離子，那么過飽和的水蒸氣就會以這些離子為核心立即凝結(jié)成霧珠。離子是看不見的，可是霧珠是看得見的，因此可以根據(jù)出現(xiàn)的霧珠來推測產(chǎn)生離子的情形。云室就是根據(jù)這個原理制成的。（3）實驗時，先往云室里加少量的酒精，使室內(nèi)充滿酒精的飽和蒸氣，然后使活塞迅速向下運動，室內(nèi)氣體由于迅速膨脹，溫度降低，酒精蒸氣達到過飽和狀態(tài)。這時如果有射線粒子從室內(nèi)氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴，這些霧滴沿射線經(jīng)過的路線排列，于是就顯示出了射線的徑跡。強調(diào)：在云室看到的只是成串的小液滴，它描述的是射線粒子運動的徑跡，而不是射線本身。課件演示：α、β射線在云室中的徑跡，要求學(xué)生比較兩種徑跡的特點，并分析其原因。學(xué)生活動：α粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行不易改變方向，并且電離本領(lǐng)大，沿途產(chǎn)生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗。β粒子的質(zhì)量小，跟氣體碰撞時容易改變方向，并且電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細，且常常發(fā)生彎曲。γ粒子的電離本領(lǐng)更小，一般看不到它的徑跡。老師補充：我們根據(jù)徑跡的長短和粗細，可以知道粒子的性質(zhì)。把云室放在磁場中，從帶電粒子運動軌跡的彎曲方向，可以知道粒子所帶電荷的正負；根據(jù)徑跡的曲率半徑的大小，還可以知道粒子的動量的大小。2、氣泡室教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文，學(xué)習(xí)氣泡室的基本原理。提問：比較氣泡室的原理同云室的原理。學(xué)生討論并回答：控制氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強，使室內(nèi)溫度略低于液體的沸點。當(dāng)氣泡室內(nèi)壓強降低時，液體的沸點變低，因此液體過熱，在通過室內(nèi)射線粒子周圍就有氣泡形成。氣泡室在觀察比較稀少的碰撞事件時是有很大優(yōu)點的。液體中原子擠得很緊，可以發(fā)生比氣體中多得多的核碰撞，而我們將有比用云室好得多的機會來攝取所尋找的事件。出示掛圖：教材中圖－3為粒子經(jīng)過氣泡室時的徑跡照片，教師可向?qū)W生進行簡單說明，人們根據(jù)照片上記錄的情況，可以分析出粒子的帶電、動量、能量等情況．3、蓋革—米勒計數(shù)器引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“蓋革—米勒計數(shù)器”部分的內(nèi)容，并組織學(xué)生對課文內(nèi)容進行討論，提出問題：（1）蓋革—米勒計數(shù)管的構(gòu)造如何？（2）蓋革—米勒計數(shù)管的基本原理是什么？（3）G—M計數(shù)器的特點是什么？學(xué)生回答：（1）管外面是一根玻璃管，里面是一個接在電源負極的導(dǎo)電圓筒，筒的中間有一條接正極的金屬絲。管中裝有低壓的惰性氣體（如氬、氖等，壓強約為10kPa～20kPa）和少量的酒精蒸氣或溴蒸氣。在金屬絲和圓筒兩極間加上一定的電壓（約1000V），這個電壓稍低于管內(nèi)氣體的電離電壓。（2）蓋革管的原理是某種射線粒子進入管內(nèi)時，它使管內(nèi)的氣體電離，產(chǎn)生的電子在電場中被加速，能量越來越大，電子跟管中的氣體分子碰撞時，又使氣體分子電離，產(chǎn)生電子……這樣，一個射線粒子進入管中后可以產(chǎn)生大量電子。這些電子到達陽極，陽離子到達陰極，在外電路中就產(chǎn)生一次脈沖放電，利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來。（3）①G－M計數(shù)器放大倍數(shù)很大，非常靈敏，用它來檢測放射性是很方便的。②G－M計數(shù)器只能用來計數(shù)，而不能區(qū)分射線的種類。③G－M計數(shù)器不適合于極快速的計數(shù)。④G－M計數(shù)器較適合于對β、γ粒子進行計數(shù)。教師補充：還有如閃爍計數(shù)器、乳膠照相、火花室和半導(dǎo)體探測器等探測器裝置，利用這些裝置能更精確地測定粒子的各種性質(zhì)，感興趣的同學(xué)可以查找這方面的資