3　探测射线的方法优秀说课稿

《探测射线的方法》教学设计

一、核心素养

通过《探测射线的方法》的学习过程，培养学生认真严谨的科学分析问题的品质；从知识是相互关联、相互补充的思想中，培养学生建立事物是相互联系的唯物主义观点；培养学生应用物理知识解决实际问题的能力。

二、教学目标

（1）知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象；

（2）知道用肉眼不能直接看到的放射线可以用适当的仪器探测到；

（3）了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理。

三、教学重难点

教学重点：

根据探测器探测到的现象分析、探知各种运动粒子。

教学难点

（1）探测器的结构与基本原理。

（2）如何观察实验现象,并根据实验现象，分析粒子的带电、动量、能量等特性，从而判断是何种射线，区分射线的本质是何种粒子。

四、教学过程

课前：登陆优教平台，发送预习任务。根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。

（优教提示：请登陆优教平台，发送本节预习任务）

（一）复习提问：

前面我们学习了天然放射现象，知道了三种射线的本质．请同学们回忆：α、β、γ射线的本质是什么？各有那些特征？我们通过一个表格一块复习一下。这三种射线用肉眼看得到不？看不到。既然看不到，我们是如何探知放射线的存在的呢？这节课，我们来学习几种常用的探测射线的方法．

（二）进行新课：

阅读教材83页的第一部分，思考并讨论：放射线虽然看不见，但我们可根据放射线的粒子与其它物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在．

而这

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些现象主要有：

（1）粒子使气体或液体电离；

（2）使照相底片感光；伦琴和贝可勒尔正是通过这样的途径发现了x射线和放射性现象

（3）使荧光物质产生荧光．

电视机显像管中的电子枪会发出阴极射线，而阴极射线是哪种射线呢？β射线。那么当β射线达到显示器上，就会和荧光物质发生作用，产生荧光，从而我们看到了图像。

根据射线的这些性质，可以制成多种探测器。下面我们学习三种核物理研究中常用的探测射线的仪器．

[板书

]一．威耳逊云室

英国物理学家威耳逊（1869～1959）在1912年发明了一套设备，使水蒸气冷凝来形成云雾，显示粒子的径迹，因为是威尔逊发明的，所以叫做威耳逊云室。

威耳逊云室主要部分是一个圆筒状容器，底面可以上下移动，相当于是一个活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子运动的径迹，云室里面是干净的空气。

实验时，先往云室里加少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后迅速的往下拉活塞，室内气体由于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态．这时如果有射线粒子从室内气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是就显示出了射线的径迹．

（优教提示：请打开素材“动画演示：威耳逊云室”）

现在我们通过一个视频来具体看一下α射线在云室中的径迹（ppt演示：视频）同学们请注意观察α粒子的径迹有什么特点

刚才我们通过威耳逊云室，得到了α射线在云室中的径迹，同样的，我们也可以得到了低速β射线在云室中的径迹，同学们，比较两种射线径迹的特点．

α射线粒子的径迹是又直又清晰，低速β射线粒子的径迹是又短又弯曲。

大家想一下，为什么α射线粒子是又直又清晰，而低速β射线粒子的径迹又是另外的样子？

（分别请同学回答α、β射线粒子的径迹形成原因）

α粒子的质量比较大，在气体中飞行不易改变方向，并且电离本领大，沿途

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产生的离子多，凝结的雾滴多，所以它在云室中的径迹直而清晰．

β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变运动方向，低速β粒子的速度小，很快就停了下来，并且电离本领小，沿途产生的离子少，凝结的雾滴少，所以它在云室中的径迹比较短，且常常发生弯曲．

同学们，在云室我们可以观察到α射线粒子和低速β射线粒子的径迹，那γ射线粒子的径迹我们能不能看的见呢？（不能）γ粒子的电离本领极小，几乎不能使气体电离，一般看不到它的径迹．

我们根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质．把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，可以知道粒子所带电荷的正负．

强调：在云室看到的只是成串的小液滴，它描述的是射线粒子运动的径迹，而不是射线本身．

[板书]二．气泡室

气泡室是美国人D·A·格拉泽在1952年发明的

气泡室的原理同云室的原理类似，所不同的是气泡室里装的是液体，如液态氢。

现在同学们阅读气泡室的内容1min，一会请同学起来回答气泡室的工作原理。

（控制气泡室内液体的温度和压强，使室内温度略低于液体的沸点．当气泡室内压强突然降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，粒子通过液态时在它的周围就有气泡形成．右图为气泡室中粒子径迹的照片。）

人们根据照片上记录的情况，可以分析出粒子的带电、动量、能量等情况。

[板书]三．盖革—米勒计数器

盖革计数器最初是在1908年由德国物理学家汉斯·盖革和著名的英国物理学家卢瑟福在α粒子散射实验中，为了探测α粒子而设计的。后来在1928年，盖革又和他的学生米勒对其进行了改进，使其可以用于探测所有的电离辐射。所以称为盖革—米勒计数器。简称G-M计数器。

盖革—米勒计数管的构造：外面是玻璃管，里面是一个导电圆筒，接在电源负极，我们称它为阴极，圆筒中间有一根金属丝，接在正极，叫做阳极。管中装有低压的惰性气体（如氩、氖等）和少量的酒精蒸气或溴蒸气．在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压（约100V），这个电压稍低于管内气体的电离电压

基本原理：某种射线粒子进入管内时，由于粒子的电离作用，使管内的气体

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电离，产生电子和正离子，产生的电子在电场中加速，电子跟管中的气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子．在外加电场的作用下，这些电子到达阳极，正离子到达阴极，在电路中就产生一次放电现象，利用电子仪器可以把放电次数记录下来．从而达到计数的目的。

我们再看一个视频了解一下盖革--米勒计数器（ppt演示：视频）

与威尔逊云室和气泡室相比，盖革--米勒计数器具有很好的优点，就是方便而且十分灵敏，无论是α粒子、β粒子、还是γ粒子，它都可以探测得到，但是它也有它的缺点，就是只能用来计数，而不能区分射线的种类，此外，如果同时有大量粒子，或两个粒子射来的时间间隔小于200us的话，盖革--米勒计数管也不能区分开

（三）例题精讲：

课堂训练

（优教提示：打开优教配套习题，使用互动答题卡，更快更便捷地掌握学生的学习情况）

【例1】在云室中，为什么α粒子显示的径迹直而粗、β粒子显示的径迹细而曲？

【答】因为α粒子带电量多，它的电离本领强，穿越云室时，在1cm路程上能使气体分子产生104对离子.过饱和酒精蒸汽凝结在这些离子上，形成很粗的径迹.且由于α粒子质量大，穿越云室时不易改变方向，所以显示的径迹很直.β粒子带电量少，电离本领较小，在1cm路程上仅产生几百对离子，且β粒子质量小，容易改变运动状态，所以显示的径迹细而弯曲

【例2】如图所示，x为未知的放射源，L为薄铝片，若在放射源和计数器之间加上L后，计数器的计数率大幅度减小，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场，计数器的计数率不变，则x可能是(

)

A. α 和β 的混合放射源

B. α 放射源

C. α 和γ 的混合放射源

D. γ 放射源

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【分析】在放射源和计数器之间加薄铝片L后，发现计数器的计数率大幅度减小，说明射线中含有穿透能力弱的粒子，在L和计数器之间再加竖直向下的匀强磁场B，计数器的计数率不变，说明剩下的粒子不带电，即为γ射线，因此放射源x可能是α和γ的混合放射源，故ABD错误，C正确．故选：C．

【例3】静止在匀强磁场中的核发生α衰变后，α粒子和反冲核在垂直于它们运动方向的匀强磁场中分别作匀速圆周运动，其半径之比为45∶1，周期之比为90∶117.求α粒子和反冲核的动能之比为多少？

【分析】根据衰变时系统的总动量守恒，作匀速圆周运动时由洛仑兹力提供向心力这样两个基本关系，即可得解.

【解】根据衰变时系统的总动量守恒，做匀速圆周运动时由洛伦兹力提供向心力这样两个基本关系，即可得解. 衰变时，α粒子和反冲核的动量大小相等，即mαvα=mxvx，式中mx、vx为反冲核的质量与速度. 在磁场中，它们做匀速圆周运动时都由洛伦兹力作为向心力，由

qvB=

，得r=

. 由此可见，α粒子和反冲核的圆运动半径之比为

所以反冲核的核电荷数为：qx=90. 因为由洛伦兹力作向心力时，做圆周运动的周期为

T=

所以α粒子和反冲核的周期之比为：

得

所以α粒子和反冲核的动能之比为：

.

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[说明] 此题考查对衰变规律，原子核的组成，带电粒子在匀强磁场中运动规律等知识的综合应用。此题必须抓住原子核在衰变过程中遵守动量守恒定律，能量守恒定律，电荷数守恒定律和质量数守恒定律等关键问题。

五、作业布置

课本问题与联系：第1、2题

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