3　探测射线的方法教案设计（一等奖）

《探测射线的方法》教学设计

课题

授课地点

知识与技能

过程与方法

探测射线的方法

哈尔滨市阿城区第一中学校

课型

授课教师

新授课

张雪峰

（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。

（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。

（1）培养学生认真严谨的科学分析问题的品质；

教学目的

情感态度（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与价系的唯物主义观点；

值观

（3）培养学生应用物理知识解决实际问题的能力。

教学根据探测器探测到的物理现象分析、探知各种运动粒子的物理特性

重点

（1）探测器的结构与基本原理。

教学难点

（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。

教学教师启发、引导，学生讨论、交流

方法

媒体多媒体教学设备一套，课件，视频录像

用具

教材结构分析及处理方法

这节课的知识是探测射线的方法，而前面我们已经学过了放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象，所以引导学生采用讨论法，重点给出研究微观领域的过程和方法。因此在本节课的教学中，要精心设计一些问题，激起学生学习的兴趣和求知的欲望。在探测射线的方法的教学中，不要只重视结论，要紧紧围绕“如何发现”这条主线来进行教学，引导学生的思维发展。

在教学方法上，可采用教师启发讲述，学生阅读、讨论，教师引导学生做出结论相结合的方法，培养学生的阅读能力、分析推理和逻辑思维能力。

教

学

内

容

（一）引入新课

提问：

问1：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？

问2：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。

（二）进行新课

虽然放射线看不见，但是我们可以根据一些现象来探知放射线的存在，这些现象主要是：

1、使气体或液体电离

2、使照相底片感光

3、使荧光物质产生荧光

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：观察射线在云室中的径迹(轨迹见教材)：

a 射线在云室中的径迹：直而粗

原因：a 粒子质量大，不易改变方向，电离本领大，沿途产生的离子多。

ß射线在云室中的径迹：比较细，且常常弯曲

原因：

ß

粒子质量小，跟气体碰撞易改变方向，电离本领小，沿途产生的离子少。

γ粒子电离能力很弱，云室中一般看不到它的径迹。

提问：

（1）威耳逊云室构造是什么？

（2）威耳逊云室基本原理是什么？

（3）怎样才能观察到射线的径迹？

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）

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。

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。

设计意图

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，也为后分析探测器探测到的现象提供理论依据。

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？（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）这些现象主要有哪些呢？（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；使照相底片感光；使荧光物质产生荧光）

提示：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。

点评：我们根据径迹的长短和粗细，可以知道

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。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。

2、气泡室：

气泡室里是液体，控制室内温度和压强，当气泡室压强突然降低时，液体沸点降低液体过热，在通过室内射线粒子周围就有气泡形成。通过照片，可以分析粒子的带电、动量、能量等情况，是高能物理实验的最风行的探测设备

提问：比较气泡室的原理同云室的原理。

液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀，由于在一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热状态，液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。如果这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。

照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。

3、盖革—

弥勒计数器：

德国物理学家盖革在1928年与米勒合作研制出的计数器用来检测放射性是非常方便的，盖革管的结构如图所示：

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，还可以知道粒子的动量的大小。

气泡室的优点：它的空间和时间分辨率高；工作循环周期短，本底干净、径迹清晰，可反复操作。但也有不足之处：那就是扫描和测量时间还嫌太长；体积有限，而且甚为昂贵，加深学生对本节课知识方法的理解。

优点：G-M计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。

不足：不同射线在计数器中产生的现象相同，因此只能用来计数，不能区分射线种类；如果同时有大量粒子，或两个粒子进来的时间间隔小于200μs，计数器也不能区分。

提问：

（1）盖革—

弥勒计数管的构造如何？

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。[来源:学,科,网] （2）盖革—

弥勒计数管的基本原理是什么？

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。

（3）G—M计数器的特点是什么？

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。

（三）课堂小结

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，却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．

（四）课后作业：

1、复习本节课文。

2、完成课本《问题与练习》1－3 3、查阅资料了解其他探测射线的方法。

（五）课外拓展

做一做：用盖革——米勒计数器测量放射性

课外延伸：自制的探测宇宙射线的云室

课外阅读：科学家用宇宙射线探测埃及金字塔

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．

布置课后思考问题使学生的能力得到进一步的发展与完善，同时解决学习中遇到的问题。要求学生课后查阅有关资料，了解更精确的探测放射线的方法。有能力的学生可以撰写一篇科技小论文。