人教版高中物理选修3-5 19.3探测射线的方法
人教版高中物理选修3-5教案：19.3+探测射线的方法+
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。
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气泡室的优点和缺点
气泡室的优点：
气泡室的缺点：
①它的空间和时 间分辨率高；
①扫描和测量时间 还嫌太长；
②工作循环周期短， ②体积有限，而且
本底干净、径迹清晰，甚为昂贵， 某粒子在气泡室里的径迹 可反复操作。
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探测射线的其他方法
使照相底片感光
使荧光物质产生荧光
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探测射线的其他方法
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
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闪烁计数器
半导体探测器
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问题与练习
用威尔逊云室探测射线时，为什么α粒子的径迹直而清晰？为什 么利用威尔逊云室一般看不到γ粒子的径迹？
用云室可以清楚地看出α粒子和β粒子的径迹。α粒子质量比 较大，在气体中行进时不易改变方向，它的电离本领大，在 每厘米的路程中能使气体分子产生10000对离子，所以它的 径迹直而清晰。 γ粒子的电离本领更小，在云室中一般不直接留下径迹
弱
强
接近C 电子流
γ
中 最弱 极强 光子
C 光子流
肉眼看不见射线，那么如何探测射线呢？ 射线中的粒子与其他物质作用时的现象会显示射线的存在 射线中的粒子与其它物质作用会产生的现象： 放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心， 过饱和蒸汽会产生雾滴，过热液体会产生气泡 使照相底片感光
高中物理第十九章原子核第34节探测射线的方法放射性的应用与防护讲义含解析新人教版选修3_5
探测射线的方法放射性的应用与防护1．探知射线存在的依据(1)放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些粒子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热液体会产生气泡。
(2)放射线中的粒子会使照相乳胶感光。
(3)放射线中的粒子会使荧光物质产生荧光。
2．探测射线的仪器(1)威耳逊云室：α粒子的径迹直而粗。
β粒子的径迹比较细，而且常常弯曲。
γ粒子的电离本领很小，在云室中一般看不到它的径迹。
(2)气泡室：粒子通过液体时，在它的周围产生气泡而形成粒子的径迹。
(3)盖革—米勒计数器：计数器非常灵敏，用它检测射线十分方便。
但不同的射线产生的脉冲现象相同，因此只能用来计数，不能区分射线的种类。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．盖革—米勒计数器只能用来计数，不能区分射线的种类。
(√)2．利用威耳逊云室不能区分射线的种类。
(×)[释疑难·对点练]1．探测原理方面：探测原理都是利用射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象，来显示射线的存在。
2．GM计数器区分粒子方面：GM计数器不能区分时间间隔小于200 μs的两个粒子。
[试身手]1．在威耳逊云室中，关于放射源产生的射线径迹，下列说法中正确的是( )A．由于γ射线的能量大，容易显示其径迹B．由于β粒子的速度大，其径迹粗而且长C．由于α粒子的速度小，不易显示其径迹D．由于α粒子的电离作用强，其径迹直而粗解析：选D 在云室中显示粒子径迹是由于粒子引起气体电离，电离作用强的α粒子容易显示其径迹，因α粒子质量较大，飞行时不易改变方向，所以径迹直而粗，故只有D 正确。
1．核反应定义原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。
2．原子核的人工转变人类第一次实现的原子核的人工转变14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H 。
3．遵循原则质量数守恒，电荷数守恒。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)1．卢瑟福发现质子的核反应：147N ＋42He ＝178O ＋11H 。
高中物理人教版选修3-5课件第十九章3~4探测射线的方法放射性的应用与防护
(3)举例说明放射性同位素在生产生活中有哪些应用?
答案:①在工业上可以用γ射线来探测工件内部裂痕,称为γ探伤。
也可以用γ射线照射种子,会使种子的遗传基因发生变异,从而培育
出优良品种。
30
②农业上利用 15 P 作为示踪原子来研究农作物对磷肥的吸收情
况。
探究一
自我检测
1.思考辨析。
(1)威耳逊云室内充满过饱和蒸气,射线经过时可显示出射线运动
的径迹,其中径迹粗而短的是α射线。 (
)
解析:云室内充满过饱和蒸气,射线经过时把气体电离,过饱和蒸
气以离子为核心凝结成雾滴,雾滴沿射线的路线排列,显示出射线
的径迹;由于α粒子的电离本领大,贯穿本领小,所以α射线在云室中
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
子的运动径迹,云室里面有干净的空气。
探究一
探究二
探究三
(2)气泡室
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。控制气泡室内液体的温度和压强,使温度略低于液
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,粒子通过液体时在它的周围就有气泡形成,从而显示粒子
30
过 α 粒子轰击的铝片中含有放射性磷 15 P。
30
4
27
(3)发现磷同位素的方程:2 He+13 Al→ 15 P+10 n。
3.放射性同位素的应用与防护
(1)应用射线
应用射线可以测厚度、医疗方面的放射治疗、照射种子培育优
良品种等。
(2)示踪原子:有关生物大分子的结构及其功能的研究,要借助于
人教高中物理选修3-5 省市级优质课19.3 探测射线的方法
3.探测射线的方法
亳州一中南校 王敬文
复习回顾：
名称 带电 电离 穿透 构成 速度 性 能力 能力
实质
正
强
He 弱 4 2
C/10
氦核流
负
弱
e 强
0 接近C
1
电子流
中 最弱 极强 光子 C
光子流
亳州一中南校
复习回顾：
例：
天然放射性元素
232 90
三、盖革——米勒计数器
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，或两个粒子向来的时间 间隔小于200μs，计数器也不能区分。
亳州一中南校
课堂检测： 【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？
质产生尔逊云室利用了射线的电离本领。
亳州一中南校
一、威耳逊云室
径迹的长短和粗细可以知道粒子的性质
一、威耳逊云室
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。
亳州一中南校
二、气泡室
气泡室是由一密闭容器组成， 容器中盛有工作液体 ，控制 室内的温度和压强，使室内的 温度略低于液体的沸点，当气 泡室的压强突然降低时，液体 的沸点降低因此液体过热，在 通过室内射线粒子周围就有气 泡形成，通过照片记录射线的 轨迹。
19.3探测射线的方法(精品课件)
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、使气体戒 液体电离 2、使照相底 片感光 3、使荧光物 质产生荧光
观察威耳逊云室的结构，研究射线在云室中的 径迹：
射线径迹
射线径迹
径迹的长短和粗细 可以知道粒子的性质； 粒子轨迹的弯曲方向 可以知道粒子带电的 正负．
二、气泡室
气泡室是由一密 闭容器组成，ห้องสมุดไป่ตู้ 器中盛有工作液 体
二、气泡室
气泡室利用了射线的电离本领。 粒子通过液体通过液体时在它周围就有气泡形成， 可分析粒子的动量、能量和带电情况。
带电粒子的径迹呈曲线是由于在磁场中受到了洛伦兹 力
三、盖革－米勒计数器
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： 窗 口 阴 极 阳 极 接 放 大 器
粒 子
原理
当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。
人教版高中物理选修3-5课件 19 探测射线的方法课件1
述核反应方程．
解析：根据质量数守恒和电荷数守恒，算出新生核的电荷 数和质量数，然后写出上述核反应方程如下：
(1)94Be＋11H―→95B＋10n (2)①20840Hg＋10n―→20728Pt＋32He ②28004Hg＋10n―→27082Pt＋211H＋10n ③27082Pt―→27092Au＋－01e 27092Au―→28002Hg＋－01e
考点题型设计
射线的探测
关于威耳逊云室探测射线，下列说法正确的 是( )
A．威耳逊云室内充满过饱和蒸气，射线经过时可显示 出射线运动的径迹
B．威耳逊云室中径迹直而粗的是α射线 C．威耳逊云室中径迹细而弯曲的是γ射线 D．威耳逊云室中显示粒子径迹的原因是电离，所以无 法由径迹判断射线所带电荷的正负
• 解析：云室内充满过饱和蒸气，射线经过时把气体 电离，过饱和蒸气以离子为核心凝结成雾滴，雾滴 沿射线的路径排列，显示出射线的径迹，故A正确； 由于α粒子的电离本领大贯穿本领小，故α粒子在云 室中的径迹直而粗，即B正确；γ射线的电离本领很 弱，所以在云室中一般看不到它的径迹，而细而弯 曲的是β射线，所以C错误；把云室放到磁场中，由 射线径迹的弯曲方向就可以判断射线所带电荷的正 负，故D错误。
知识自主梳理
探测射线的基本方法
• 探测射线的原理 • 利用射线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。 • (1)粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过
饱和汽会产生____气_泡__，过热液体会产生 ___云__雾___。 • (2)使照相底片_感__光_____。 • (3)使荧光物质产生_荧_光______。
• (3)特点：检测射线十分方便，但只能用来 ____计_数___，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间隔时间小于200μs， G－M计数器也不能区分它们。
高中物理第十九章原子核3探测射线的方法典型例题素材选修3_5
3探测射线的方法典型例题【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.Si核轨迹的图是【分析】把放出的正电子和衰变生成物Si核看成一个系统，衰变过程中系统的动量守恒，发出正电子的方向跟Si核运动方向一定相反.由于它们都带正电，在洛仑兹力作用下一定形成两个外切圆的轨迹，C、D 可排除.因为由洛仑兹力作为向心力，即所以做匀速圆周运动的半径为衰变时，放出的正电子获得的动量大小与反冲核Si的动量大小相等，因此在同一个磁场中做圆周运动的半径与它们的电量成反比，即可见正电子运动的圆半径较大.【答】B.【说明】静止在磁场中的放射性元素原子核发生α衰变时，一定得到两个外切圆的轨迹，发生β衰变时，一定得到两个内切圆的轨迹，与外加磁场垂直纸面向里或向外无关.【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】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，它们作匀速圆周运动时都由洛仑兹力作为向心力，由由此可见，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.因为由洛仑兹力作向心力时，做圆周运动的周期为所以α粒子和反冲核的周期之比为：所以α粒子和反冲核的动能之比为：个速度为7.7×104m/s的中子后，生成一个α粒子和一个氚核。
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问题与练习
根据课本的介绍，请你比较威尔逊云室和盖革-米勒计数器的优缺点。
威尔逊云室可以观察粒子的径迹，知道粒子的性质； 把云室放在磁场中，还可以知道粒子所带电荷的正负，但是不 能用来计数。 盖革——米勒计数器只能用来计数，不能区分射线的种类。
探测射线的方法 理解射线的几个特点 了解威尔逊云室、气泡室和盖格-米勒计数器
盖革-米勒计数器
一种能自动把放射微粒计数出来的仪器，利用了射线的电离本领
圆柱型
钟罩型
盖革-米勒计数器
原理： 当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，一个粒子进入管中可以产生大量电子，这些电子到达阳极， 正离子到达阴极，在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
用云室可以清楚地看出α粒子和β粒子的径迹。α粒子质量比 较大，在气体中行进时不易改变方向，它的电离本领大，在 每厘米的路程中能使气体分子产生10000对离子，所以它的 径迹直而清晰。 γ粒子的电离本领更小，在云室中一般不直接留下径迹
问题与练习
威尔逊云室和盖革-米勒计数管都利用了放射线使气体电离的性质。 它们各用什么方法显示气体离子的存在？
弱
强
接近C 电子流
γ
中 最弱 极强 光子
C 光子流
肉眼看不见射线，那么如何探测射线呢？ 射线中的粒子与其他物质作用时的现象会显示射线的存在 射线中的粒子与其它物质作用会产生的现象： 放射线中的粒子会使气体或液体电离，以这些离子为核心， 过饱和蒸汽会产生雾滴，过热液体会产生气泡 使照相底片感光
使荧光物质产生荧光
粒子在云室内的气体中飞过，使沿途的气体分子电离，过饱和酒精 蒸汽就会以这些离子为核心凝结成雾滴，于是显示出射线的径迹
威尔逊云室
威尔逊改进过的云室
拍摄下的某粒子的径迹
威尔逊云室下粒子的径迹
α粒子在云室中的径迹：
原因：
α粒子带电荷量多，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
对离子，过饱和酒精蒸汽凝结在这
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。
气泡室的优点和缺点
气泡室的优点：
气泡室的缺点：
①它的空间和时 间分辨率高；
①扫描和测量时间 还嫌太长；
②工作循环周期短， ②体积有限，而且
本底干净、径迹清晰，甚为昂贵， 某粒子在气泡室里的径迹 可反复操作。
探测射线的方法
教学目标
知道放射线的粒子能使气体或液体电离、使照相底片感光、使荧 光物质产生荧光
了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理
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
探测器的结构与基本原理。
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。
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
直而粗
威尔逊云室下粒子的径迹
β 粒子在云室中的径迹：
原因：
β 粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向， 而且电离本领小，沿途产生的离子少，所以高速β 粒子的径迹又细又直，低速β 粒子的径迹又短又
粗而且是弯曲的 粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它
的径迹
高速β 粒子的径迹又细又直 低速β 粒子的径迹又短又粗且弯曲
气泡室
高能物理实验的最风行的探测设备
气泡室装的是过热液体 （如液态氢），粒子经 过液体时就有气泡形成， 显示粒子的径迹
气泡室是由一密闭容器组成
气泡室的工作原理
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
盖革-米勒计数器
优点： 放大倍数大，极灵敏
缺点： 只能用于计数，不能区分射线的种类 不适合于极快速的粒子计数
对于两个粒子射来的时 间间隔小于200μs时，计 数器不能将其区分开来
威尔逊云室
利用射线的电离本领
构造：
一个圆筒状容器，底部可以上 下移动，上盖是透明的，内有 干净空气
原理：
实验时，加入少量酒精，使酒 精蒸汽达到过饱和状态。
1.取样要有专人负责，开始时隔－小 时取样 一次， 以后根 据取样 判定结 果再决 定取样 间隔时 间。 2.经化验冲洗精度合格后，油冲洗工 作即可 停止， 待油温 降至室 温后进 行排液 和管道 系统恢 复，充 填工作 油，进 行试运 转。 3.登高作业绑扎用的直爬梯，必须经 专人检 查绑扎 牢固后 方可使 用，对 于一些 为了安 装方便 而搭设 的临时 操作平 台，除 必须绑 扎牢固 ，并且 其自身 保证一 定的安 全强度 。 4．这首诗以现实主义的手法叙述故事 ，最后 一段中 ，松柏 梧桐覆 盖相交 ，鸳鸯 双双和 鸣，是 运用了 浪漫主 义的手 法，既 象征了 刘、焦 爱情的 不朽， 又象征 了他们 的悲愤 和控诉 。所以 ，这首 诗是浪 漫主义 的诗歌 。 5．这首诗最大的艺术特色是通过大量 的人物 个性化 的语言 刻画了 人物的 性格， 一些段 落浓墨 重彩， 如刘、 焦话别 ，兰芝 辞母等 ，使人 物形象 更鲜明 。 6．春夏秋冬，流转无穷；人的一生， 就像早 晨的露 水，太 阳一晒 就消失 了。人 生好像 旅客寄 宿，但 人生功 绩却能 刻入金 石永远 流传。 7．“万岁更相迭，圣贤莫能度”是说岁 月更替 ，人生 有阻， 即便是 圣人贤 人，也 无法超 越，这 为下文 写对待 生活的 态度做 了铺垫 。 8．诗中“老骥伏枥”四句是千古传诵的 名句， 笔力遒 劲，韵 律沉雄 ，内蕴 着一股 自强不 息的豪 迈气概 ，深刻 地表达 了曹操 老当益 壮、锐 意进取 的精神 面貌。
探测射线的其他方法
使照相底片感光
使荧光物质产生荧光
探测射线的其他方法
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
闪烁计数器
半导体探测器
问题与练习
用威尔逊云室探测射线时，为什么α粒子的径迹直而清晰？为什 么利用威尔逊云室一般看不到γ粒子的径迹？
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
气泡室的工作原理
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。
前情回顾
什么是原子核的衰变？
原子核放出α粒子或ß粒子，由于核电荷数变了，而变成另
一种原子核。
原子核的衰变有什么样的规律
①衰变时电荷数和质量数都守恒 ②衰变过程不可逆，所以用箭头，不用等号 ③由实验决定，不凭空编造
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
前情回顾
名称 带电性 电离能力穿透能力 构成 速度 实质
α
正
强
弱
C/10 氦核流
ß
负