3　探测射线的方法优质课教学设计

19.3 探测射线的方法

关注学生的发展，培养学生的创新精神和独立思考的能力是新

一轮课改的重点目标。这就要求我们要积极改革教学方法，从学生的

～理特征和认知规律出发，启发学生的思维，激发学习的兴趣，使他

们积极、主动地获得知识和能力。我们认为学生知识的形成过程既不

是被动接受式的，也不是真正发现式的，而是通过外界导向的信息跟

学生原有的认知结构相互作用，才能实现新知识的发生。问题驱动式

教学就是学生在教师的引导下，主动地、独立地钻研问题，通过他们

积极有效地探究式学习，来不断发现事物变化的起因和内部联系，从

中找出规律。

探测射线的方法是一节选学课，内容大部分是介绍性的，学生在

学习时对其中的重点和难点不易把握，因此学习本节课宜在教师的

引导下，通过学生的主动研究去进行。

(教学目标) 1、知识与能力

(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。

2、过程和方法

采用问题驱动模式进行教学，即通过“教师设问——学生阅读

——学生讨论、师生互动——教师点拨、师生共同总结”的方法来使

学生达到本节的教学目标。

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3、情感态度与价值观

结合教学内容来培养学生学习科学的兴趣和实事求是的科学态

度，激发学生的创新意识。

(重点、难点分析) 1、本节所介绍的三种仪器是核物理研究中最基本、最常用的实

验仪器。通过对仪器原理的介绍，应让学生知道，研究原子核变化中

的微观现象，可以根据各种粒子产生的次级效应来进行观察和判断，

进而了解核物理中这种研究问题的方法。教学中要注意渗透这一点。

2、教学中应注意结合以前学过的知识来帮助学生理解本节内

容。如结合过饱和汽的知识，讲清云室的原理；结合电场的知识，讲清

射线粒子进入盖革管中产生大量电子的过程。盖革一弥勒计数器的

工作原理是本节难点。

(课时安排)一课时

(课前准备)老师在上课前应准备挂图、实物投影仪等教具。

(教学设计) ●引入新课

前面我们学习了天然放射现象，知道了三种射线的本质。但是放

射线看不见，我们如何探知放射线的存在呢?这节课，我们来学习几

种常用的探测射线的方法。

(板书)第三节探测射线的方法

●进行新课

放射线虽然看不见，但我们可根据放射线的粒子与其他物质作

用时产生的一些现象来探知放射线的存在。这些现象主要有：

1、使气体电离，这些离子可使过饱和汽产生云雾或使过热液体

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产生气泡；

2、使照相底片感光；

3、使荧光物质产生荧光。

下面我们来具体学习三种核物理研究中常用的探测射线的方

法。

组织学生阅读教材“威耳孙云室”部分的内容。

(板书)一、威耳孙云室

2、基本原理是什么？

组织学生以四人小组为单位对课文内容及问题进行讨论，教师

听取各组的讨论，适当进行指导，同时掌握了学生的实际情况，为各

组间的交流讨论和汇总做准备。

在学生讨论的基础上，引导学生回答问题l，教师应注意进行补

充和评价。采取的方式为指定一组或多组的代表汇报，其他同学补

充。威耳孙云室主要部分是一个圆筒状容器，下部是一个可以上下移

动的活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子运动的径

迹。室内由光源通过旁边的窗子照明。少量放射性物质(放射源)放

在室内侧壁附近(或放在室外，让放射线从侧壁的窗口射入)。

引导学生回答问题2，并注意结合以前学过的过饱和汽的知识，

讲清云室实验的原理。

我们知道，水蒸气遇冷凝结，会形成很小的雾珠，这时它需要有

凝结的核心。云和雾就是这样形成的。如果空气中没有任何尘埃或

离子，水蒸气就是达到过饱和状态，也不能马上凝结。但是，如果这时

由于某种原因在空气中产生了离子，那么过饱和的水蒸气就会以这

些离子为核心立即凝结咸雾珠。离子是看不见的，可是雾珠是看得见

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的，因此可以根据出现的雾珠来推测产生离子的情形。云室就是根据

这个原理制成的。(有关过饱和汽这部分知识学生可能有所遗忘，教

师可适当进行补充，这样对学生理解云室的原理很有帮助) 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，然后使活塞迅速向下运动，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，这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径

迹。这种云室是英国物理学家威耳孙(1869—1959)在1912年发明

的，故叫做威耳孙云室。

云室的原理学生在阅读和讨论的基础上不难理解，故教师应注

意鼓励学生大胆发表看法，并针对学生回答的具体情况，通过层层设

伺和学生的思考探究，使学生逐渐对问题形成一个清晰而全面的认

识。(应向学生强调：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。) 在了解了云室的原理后，进一步引导学生观察o、p射线在云室

中的径迹，比较两种径迹的特点，并分析其原因，这样可使学生对云

室有更深的理解。

a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，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗。p粒子的

质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的

离子少，所以它在云室中的径迹比较细，且常常发生弯曲。甘粒子的

电离本领更小，一般看不到它的径迹。因此，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

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迹的弯曲方向，可以知道粒子所带电荷的正负；根据径迹的曲率半径

的大小，还可以知道粒子动量的大小。1972年我国云南宇宙射线实

验站，就是利用建在3200米高山上的大型磁云室装置，发现了一个

质量是十倍质子质量的重粒子。(讲解这部分知识时可顺便复习三种

射线的性质) (板书)二、气泡室

组织学生阅读课文，学习气泡室的基本原理。

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。当气泡室内压强降低时，液体的沸点变低，因此液体过热，在通过

室内射线粒子周围就有气泡形成。’

气泡室在观察比较稀少的碰撞事件时是有很大优点的。液体中

原子挤得很紧，可以发生比气体中多得多的核碰撞，而观察者将有比

用云室好得多的机会来摄取所寻找的事件。教材中图22—8为粒子

经过气泡室时的径迹照片，教师可向学生进行简单说明。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。(气泡

室的原理同云室的原理类似，学生通过迁移不难理解它，教师对这部

分内容可向学生做适当的讲解与补充) 组织学生阅读课本“盖革一弥勒计数器”部分的内容，并组织学

生进行讨论。

(板书)三、盖革弥勒计树器

2、G—M计数器的基本原理及其特点是什么？

引导学生回答问题1，计数器的主要部分盖革管，如教材中图22--9所示。外面是一根玻璃管，里面是一个接在电源负极的导电圆

筒，筒的中间有一条接正极的金属丝。管中装有低压的惰性气体(如

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氩、氖等，压强约为10kPa》《20kPa)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1000V)，这个电压稍低于

管内气体的电离电压。当某种射线粒子送入管内时，它使管内的气体

电离，产生的电子在电场作用下向阳极加速运动。电子在运动中能量

越来越大。达到一定值时，跟管中的气体分子碰撞，又使气体分子电

离，再产生电子，新的电子又被电场加速，这样一连串地碰撞下去，就

会引起雪崩似的电离。于是，一个射线粒子进入管中后经过一段很短

时间，就会产生大量电子。这些电子到达阳极，正离子到达阴极(正离

子由于质量大，运动较慢，在运动中不会再使气体分子电离)，在外电

路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。

这种仪器是德国物理学家盖革(1882--1945)在1928年与弥勒

(1911～1977)合作研制出来的，所以叫盖革一弥勒(G--M)计数器。

G—M计数器的放大倍数很大，』F常灵敏，用它来检测放射性是很方

便的。但它对于不同的射线产生的脉冲现象是相同的，因此只能用来

计数，而不能区分射线的种类。如果同时有大量粒子，或两个粒子射

来的时间间隔很短(小于200~s)时，也不能计数，即它不适合于极快

速的计数。这种计数器适合于对p粒子和甘粒子进行计数。对。射线

进行计数时，由于。射线的贯穿能力很小，不能通过玻璃管壁，所以

需在管的前方装上一个很薄的云母片窗口，使。粒子从这个窗口射

入，或把微弱的放射源放在管内。

另外，还有如闪烁计数器、乳胶照相、火花室和半导体探测器等

探测器装置，利用这些装置能更精确地测定粒子的各种性质。随着科

学技术的发展，探测射线的手段也不断改进。近年来，由于探测仪大都和电子计算机直接连接，实现了对实验全过程电子计算机控制、

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计算、数据处理，已经使实验方法高度自动化，感兴趣的同学可以查

找这方面的资料阅读。

●随堂练习强化巩固

1、云室利用的是射线的什么本领?云室里为什么是干净的空气? 2、在云室看到的径迹是射线本身吗?根据径迹，我们可以知道粒

子的哪些性质? 3、为什么射线粒子进入盖革管中可以产生大量电子? ●布置作业

1、复习本节课文。

2、查阅资料了解其他探测射线的方法。

●参考习题

1、放射线的粒子与其他物质作用时产生的主要现象有哪些? 2、威耳孙云室、气泡室的基本原理是什么? 3、盖革管的基本原理是什么? 4、G—M计数器的特点有哪些? 教学设计说明

1、教学中应注·意组织学生阅读课文内容，并进行必要的指导，逐

步使学生学会阅读教科书，养成阅读教材的习惯。在此基础上组织学

生对课文中的问题进行讨论，由学生自己解决部分问题，教师可同时

参与讨论，及时给予指导。教师讲课时不宜过细，给学生留出较多自

我探究的余地，凡是学生可以答出的问题均可由学生去答，教师可通

过层层设问把学生认识模糊的问题澄清，并穿插对难点和重点部分

给以解释和强调，同时应注意及时对学生进行讦价。

2、建议在教学中尽可能地做好演示实验，或者组织学生观看图

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片、实物、录像等。

3、在教学中注意激发学生的学习兴趣，并鼓励学生阅读相关书

籍和资料，或通过上网等其他方式来获得新知识，这样可以在提高学

生能力的同时开阔学生的思路和眼界，使学生和现代科学技术的关

系更加紧密。

问题驱动式教学重视学生的研究学习，强调学生的主动参与，在

发挥教师的主导作用的同时强化了学生的自主性，体现了“指导——

研究”的特点。让学生积极主动地带着问题去思考、去探索是设计这

节课的主导思想和理论依据，让学生有意识地在问题中学习思考，在

思考中发现，在发现中理解问题，这种教育思想和“培养学生的创新

精神和独立思考的能力”的要求是一致的。随着“问题驱动式教学”的

不断研究、完善和提高，从具体实际情况出发，应用“问题驱动式教

学”的全部或部分过程，组织学生开展学习活动，定将收到与众不同

的教学效果。

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