3　探测射线的方法设计意图

普通高中课程标准实验教科书

物理

3-5

（教案）

第十九章

原子核

第三节 探测射线的方法

教学目标

一、知识目标：

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。

二、能力目标：

1、能分析探测射线过程中的现象。

2、培养学生运用已知结论正确类比推理的能力。

三、德育目标：

1、培养学生认真严谨的科学分析问题的品质。

2、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。

3、培养学生应用物理知识解决实际问题的能力。

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。

教学方法

教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具

挂图，实验器材模型，课件等、多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

课时安排

1课时

教学过程

引入新课：

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？

学生回答：（略）

点评：通过学生回忆三种放射线的本质以及三种粒子的基本特征，既用引导新课，也为后面分析探测器探测到的现象提供理论依据。

老师进一步设问：放射线是看不见的，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。

新课教学：

教师：引导学生阅读教材83页的第一部分，思考并讨论：

放射线虽然看不见，但我们根据什么来探知放射线的存在呢？

学生阅读教材并讨论后会回答：放射线虽然看不见，但我们可根据放射线的粒子与其他1

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物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在。

学生回答上述问题后老师追加提问：这些现象主要有哪些呢？

学生会抢着回答：

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产生气泡；

2使照相底片感光；

3使荧光物质产生荧光。

点评：培养学生阅读教材、提取有用信息的能力。

下面我们学习三种核物理研究中常用的探测射线的方法。

1、威耳逊云室

教师：引导学生阅读教材“威耳逊云室”部分的内容，并组织学生对课文内容进行讨论。

提问：（1）构造是什么？

（2）基本原理是什么？

（3）怎样才能观察到射线的径迹？

引导学生回答问题（1），并进行补充评价。

学生讨论并选出代表回答问题1：威耳逊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）

。

点评：培养学生在日常生活中多注意观察的良好习惯。

教师：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，讲清云室实验的基本原理。

学生讨论后回答问题（2）时，可能回答仍不明确，不够全面。此时，教师可多叫几个同学加以补充，最后请同学们总结威耳逊云室的原理。再请学生代表问答。

教师：引导学生回答问题（3），并进行补充评价。

学生总结回答问题（3）：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。

点评：要让学生知道，提出问题也是学习的一个重要组成部分。

教师：说明这种云室是英国物理学家威耳逊（1869～1959）在1912年发明的，故叫做威耳逊云室。

注意向学生强调：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。

老师演示课件、出示挂图，引导学生观察α、β射线在云室中的径迹，比较两种径迹的特点，并分析其原因。

学生分析并回答：

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，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗。β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。γ粒子的电离本领更小，一般看不到它的径迹。

老师点评：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；根据径迹的曲率半径的大小，2

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还可以知道粒子的动量的大小。

点评：培养学生观察能力，培养学生运用已学知识、已知结论正确类比推理和归纳得出新的结论的思维能力

【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？

提示：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。

一位同学分析，其余同学补充、纠正。

点评：学生用自己的语言叙述，基本正确即可。

2 、气泡室

教师：引导学生阅读课文，学习气泡室的基本原理。

提问：比较气泡室的原理同云室的原理。

学生讨论并回答：

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，而我们将有比用云室好得多的机会来摄取所寻找的事件。

出示挂图：教材中图19.3－3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。

老师点评：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。

点评：培养学生运用类比和比较的方法来分析未知的知识，从而得到新的认识。

3、盖革—

弥勒计数器

引导学生阅读教材“盖革—弥勒计数器”部分的内容，并组织学生对课文内容进行讨论。

提问：（1）盖革—

弥勒计数管的构造如何？

学生回答问题（1）：

管外面是一根玻璃管，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

点评：老师可以强调，学生回答问题时，尽量用自己的语言回答。

（2）盖革—

弥勒计数管的基本原理是什么？

学生回答问题（2）：

盖革管的原理是某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生的电子在电场中被加速，能量越来越大，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。这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，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。

点评：培养学生的自学能力。认真阅读，是学习必不可少的。如果学生能够回答（基本）正确，教师就没有必要重复。

（3）G—M计数器的特点是什么？

在学生思考和讨论的过程中，老师各个小组巡查，了解学生的掌握情况，并进行个别答疑。

学生回答问题（3）：

3

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①G－M计数器放大倍数很大，非常灵敏，用它来检测放射性是很方便的。②G－M计数器只能用来计数，而不能区分射线的种类。③G－M计数器不适合于极快速的计数。④G－M计数器较适合于对β、γ粒子进行计数。

教师：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，感兴趣的同学可以查找这方面的资料阅读。

随着科学技术的发展，探测射线的手段不断改进，近年来，由于探测仪器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、计算、数据处理，已经使实验方法高度自动化。

学生课后查阅有关资料，了解更精确的探测放射线的方法。

点评：拓宽学生的知识面，进一步了解探测射线的方法还要很多。

课堂小结：

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，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗。β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。γ粒子的电离本领更小，一般看不到它的径迹。

教学说明：

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。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。

3、教学中应注意引导学生阅读课文内容，组织学生对课文中的问题进行讨论，由学生自己解决一部分问题。教师可及时进行评价和补充，对难点和重点部分给以解释和强调。

4、教学中尽可能地做好演示实验，或者组织学生观看图片、实物、录像或课件等。

5、的探测射线的方法，供读者参考。

乳胶照相

放射线能够使照相底片感光。放射线中的粒子经过照相底片上的乳胶时，使乳胶中的溴化银分解，经显影后，就有一连串的黑点显示出粒子的径迹。这些径迹可用显微镜来进行观察与测量，根据径迹的长短和形状，可以判断入射粒子的性质、种类和能量。乳胶的密度较大，粒子在乳胶中的射程约为空气的千分之一，因此容易看到径迹的全部。乳胶照相的主要优点是能够连续地工作，能够将入射粒子每个时刻的径迹都记录下来。并且，它体积小、轻便，并能将粒子的径迹永久地保存，常用于探测高能量粒子的性质。它的缺点是利用径迹来测量粒子的能量不够准确。现在使用较多的是核乳胶片，与一般的照相乳胶片相比，前者含的溴化银量多，颗粒细，分布均匀，并且乳胶层通常很厚，大约是5×10-3到1×10-1厘米。因此也能用来分析斜向射来的粒子的径迹。

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