高中物理人教版 (新课标)选修33 探测射线的方法教案设计

19．3  探测射线的方法

★新课标要求

（一）知识与技能

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）过程与方法

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）情感、态度与价值观

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：

1．挂图，实验器材模型，课件等。

2．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

（一）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．

（二）进行新课

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，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）：

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。

（三）课堂小结

教师引导学生自己进行总结。

学生总结，讨论。

（四）作业：“问题与练习”1－3题。

★教学体会

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．教学中注意培养学生的兴趣，鼓励学生阅读相关书籍和资料．下面介绍一种科学研究中常用的探测射线的方法，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．