教法分析19.3 探测射线的方法
物理：新人教版选修3-5 19.3探测射线的方法(教案)
19.3 探测射线的方法三维教学目标1、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。
2、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。
3、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。
教学过程：第三节探测射线的方法（一）引入新课提问：前面我们学习了天然放射现象，知道了三种射线的本质。
α、β、γ射线的本质是什么？各有那些特征？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。
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？（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）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。
19.3探测射线的方法19.4放射性的应用
与天然的放射性物质相比，人造放 与天然的放射性物质相比， 射性同位素有以下特点： 射性同位素有以下特点： 1、放射强度容易控制 2、可以制成各种需要的形状 3、半衰期更短 4、放射性废料容易处理
三、放射性同位素的应用
（1）利用它的射线
A、由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ射线检查 由于γ射线贯穿本领强，可以用来γ 金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ 金属内部有没有砂眼或裂纹，所用的设备叫γ射 线探伤仪． 线探伤仪． B、利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系， 利用射线的穿透本领与物质厚度密度的关系， 来检查各种产品的厚度和密封容器中液体的高度 从而实现自动控制 实现自动控制。 等，从而实现自动控制。 C、利用射线使空气电离而把空气变成导电气体， 利用射线使空气电离而把空气变成导电气体， 消除化纤、纺织品上的静电。 以消除化纤、纺织品上的静电。 D、利用射线照射植物，引起植物变异而培育良 利用射线照射植物，引起植物变异而培育良 也可以利用它杀菌 治病等 杀菌、 种，也可以利用它杀菌、治病等
二、人工放射性同位素
有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素. 有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素. 1934年 约里奥— 1934年，约里奥—居里夫妇 发现α粒子轰 发现α 30 击的铝片中含有放射性磷 ： 15 P
4 2
He +
27 13
1 0
反应生成物 P30 是磷的一种同 30 位素， 位素，自然界没有天然 15 P 它是通 ， 过核反应生成的人工放射性同位素。 过核反应生成的人工放射性同位素。
盖革－ 盖革－米勒计数器
原理：射线粒子进入 原理： 管中， 管中，使管中气体电 离，产生的电子在电 场中加速， 场中加速，撞击气体 分子， 分子，又使气体分子 电离……这样， ……这样 电离……这样，一个 粒子进入管中 进入管中， 粒子进入管中，在电 路中产生一次脉冲 一次脉冲放 路中产生一次脉冲放 电，利用电子仪器将 放电次数记录下来。 放电次数记录下来。
19.3,4探测射线的方法
二、探测射线的方法三—盖革-米勒计数器
1、结构
窗口 阴极：导电圆筒 阳极：金属丝
粒子
接放大 器
2、常见类型
3、工作原理
射线使气体分子电离， 产生脉冲放电，放电次数就 是进入计数管内粒子的个 数。
4、优缺点
优点: 放大倍数很大，非常灵敏，检测方便。
缺点:ห้องสมุดไป่ตู้①只能用来计数，不能区分射线的种类； ②不适合于极快速的计数； ③不适合于检测α粒子
与天然的放射性物质相比，人造放射性 同位素： 1、放射强度容易控制
2、可以制成各种需要的形状 3、半衰期更短 4、放射性废料容易处理
(二)、放射性同位素的应用
放射性同位素在农业、医疗卫生、和科学研究等许多方面得到了广泛 的应用．其应用是沿着利用它的射线和作为示踪原子两个方向展开的．
放 射 性 的 应 用
1、结构
2、工作原理： 射线使气体分子电离，过饱和蒸汽以离 子为中心凝结成雾滴，显示运动轨迹
3、三种射线径迹的特点
射线：直而粗。 原因：①粒子质量大，不易改变方向 ②电离本领大，沿途产生的离子多 射线：比较细，而且常常弯曲。 原因：①粒子质量小，跟气体 碰撞易 改变方向。 ②电离本领小，沿途产生的 离子少。
γ粒子的电离本领很小，一般看不到它 的径迹 射线 射线
二、探测射线的方法二——气泡室
1、工作原理： 射线使液体分子电离，过 热液体以离子为核心形成胚 胎气泡，显示运动轨迹。
2、气泡室的优缺点
优点：直观﹑作用顶点可 见﹑有很好的多重效率﹑ 有效空间大和测量精度高 等等。
缺点：收集和分析数据较 慢，扫描﹑测量照片太费 时间﹐体积不容易做得很 大。
探伤仪 射线应用 培育新种 保存食物
探测射线的方法
课堂教学设计表心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热的液体会产生气泡。
（2）射线能使照相乳胶感光。
（3）射线能使荧光物质产生荧光。
（1）组成射线的粒子会使气体或者液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸气会产生雾滴，过热的液体会产生气泡。
（2）射线能使照相乳胶感光。
（3）射线能使荧光物质产生荧光。
【展示在ppt上，让学生在书上画下来】这样通过观察这些现象我们就能间接地探知射线和各种运动粒子。
1.威尔逊云室：简单构造，基本原理，射线的径迹。
下面我们要介绍三种核物理研究中常用的探测射线的方法：首先看到第一个方法-威尔逊云室：【ppt上展示云室图片，简单构造图片】左边这幅就是威尔逊云室的外观以及射线粒子的轨迹，这种云室是英国物理学家威尔逊发明的，叫做威尔逊云室。
右边这幅是云室的结构简图，它的主要部分是一个圆筒状的容器，底部上下移动，相当一个活塞，上盖是透明的，可以通过它观察粒子运动的径迹，云室里面有干净的空气。
饰演的时候，先往云室里加少量酒精，酒精极易挥发，这样云室里就充满了酒精的饱和蒸汽，然后迅速向下拉动活塞，室内气体膨胀，气体对外做功，W<0，“迅速”下拉不考虑吸放热量，根据ΔU=W+Q ，ΔU<0，气体的内能降低，对气体来说，他的势能变化不考虑，那么动能一定减小，也就是气体的温度降低了，酒精的饱和蒸汽压就降低了，酒精蒸气的气压就会超过饱和蒸汽压，酒精蒸气就会达到过饱和状态，而过饱和状态的蒸气并不稳定，如果出现凝结核（如尘埃，带电粒子）时，它就会部分液化或凝华而回到饱和状态。
这时，放射源放射出的粒子在云室内的气体中飞过，会使沿途的气体分子电离，过饱和的酒精蒸气就会以这些粒子为核心凝聚成雾滴，就显示出射线的径迹。
2. 气泡室：右边的这幅图是α射线在云室中的径迹，左边的这幅图是β射线在云室中的径迹。
从图当中我们可以看出α射线的径迹直而清晰，β射线的径迹有几条又短又粗而且是弯曲的，也有又细又直的。
为什么会这样呢？因为α粒子也就是氦核的质量比较大，在气体中飞行是不容易改变方向的。
19.3-探测射线的方法-19.4(教学)
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．（加磁场）
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。
2、下列关于放射线的说法中不正确的是 (D)
A、放射线可以用来进行工业探伤． B、放射线可以使细胞发生变异． C、放射同位素可以用来做示踪原子． D、放射线对人体无害．
3、关于半衰期，以下说法正确的是： D
A．同种放射性元素在化合物中的半衰期比 单质中长。
B．升高温度可以使半衰期缩短。
C．氡的半衰期为3.8天，若有四个氡原子 核，经过7.6天氡原子核就只剩下一个。
第十九章 原子核 §4 放射性的应用与防护
一、核反应
1、卢瑟福用α粒子轰击氮核，生成质子和氧17. 第一次实现了原子核的人工转变。
14 7
N
+
4 2
He
17 8
O
+
1 1
H
荧 光 屏
氮气
α射线 铝 箔 显微镜
2、查德威克用α粒子轰击铍核发现中子 n：
9 4
Be
+
4 2
He
162C
+
01n
用α粒子、质子、中子等去轰击其它元素 的原子核，也都产生类似的转变。
3、核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生 新原子核的过程。
在核反应中，质量数和电荷数都守恒。
例1：指出下列核反应中的错误并更正：
19.3探测射线的方法(2016.12.29)
• G—M计数器的特点：
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。
此外，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。
窗 口 粒 子
阴 极
阳 极 接 放 大
(2)原理．
ห้องสมุดไป่ตู้
管中装有低压的惰性气体和少量的酒精蒸气或溴蒸气,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．
可以分析粒子的动量、能量及带电情况等。
3．盖革— 米勒计数器
（1）盖革— 米勒计数管的构造如何？ （3）G—M计数器的特点是什么？
主要部分是计数管，外面 是玻璃管，里面有一个接 在电源负极得导电圆筒 （或在玻璃管上镀导电膜 代替），筒的中间有一条 接正极的金属丝。
（2）盖革— 米勒计数管的基本原理是什么？
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．
探究一探测射线的方法和仪器
如图,α粒子和β粒子在威尔逊云室中的径迹示意图。 (1)如何根据径迹的情况,分析判断粒子的性质? (2)如何判断粒子所带电荷的正负?
高中物理：19.3《探测射线的方法》课件(新人教选修35)
1、云室实验．
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．云室利用的是射线的电离本领．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．
注意：云室实验装置小，粒子径迹呈现．气泡室里装的是液体（如液态氢），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．通过照片上记录的情况，可以分析粒子的带电、动量、能量等情况．
德国物理学家盖革在1928年与弥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：
盖革－弥勒计数器
窗口
阴极
阳极
接放大器
粒子
例题：下列关于放射线的说法中不正确的是 [ ] A、放射线可以用来进行工业探伤 B、放射线可以使细胞发生变异 C、放射同位素可以用来做示踪原子 D、放射线对人体无害
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19.3 探测射线的方法 高中物理选修3-5优秀教案优秀教学设计【精品】 (1)
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。
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。
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第3节 探测射线的方法
整节都是一般性了解的要求
P85做一做：用传感器测量放射性
G-M 管可以把射入的粒子的数目转换为电脉冲的数目，所以它是一种辐射传感器……可对不同辐射源的强度进行对比。
……传感器盒子里面装着G-M 管。
开始计数后，计算机荧光屏上每隔1 min 跳出一个竖直放置的狭长矩形，表示G-M 管在这1 min 内接收粒子的数目。
放射源可用学校实验室与威尔孙云室配套的弱放射源。
此外，目前有些地区还可以买到气灯罩，它含有硝酸钍Th(NO 3)4，具有微弱的放射性。
图19.3-6就是对气灯罩的射线计数得到的直方图。
图19.3-6的下部用绿色标出，即使没有放射源，G-M 管也会记录微弱的辐射，但不会高于这个区域。
这些辐射称为本底辐射，来自宇宙射线或地壳中的放射性物质。
用传感器还可以研究射线强度与距离的关系、不同物质对射线的吸收能力等许多课题。