河南省示范性高中罗山高中2014-2015学年高二下期物理选修3-5教案 19.3 探测射线的方法

19.3 探测射线的方法
　　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。但是放
射线看不见，我们如何探知放射线的存在呢 这节课，我们来学习几
种常用的探测射线的方法。
(板书)第三节探测射线的方法
●进行新课
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。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。
下面我们来具体学习三种核物理研究中常用的探测射线的方
法。
组织学生阅读教材“威耳孙云室”部分的内容。
(板书)一、威耳孙云室
2、基本原理是什么？
组织学生以四人小组为单位对课文内容及问题进行讨论，教师
听取各组的讨论，适当进行指导，同时掌握了学生的实际情况，为各
组间的交流讨论和汇总做准备。
在学生讨论的基础上，引导学生回答问题l，教师应注意进行补
充和评价。采取的方式为指定一组或多组的代表汇报，其他同学补
充。威耳孙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)。
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，
讲清云室实验的原理。
我们知道，水蒸气遇冷凝结，会形成很小的雾珠，这时它需要有
凝结的核心。云和雾就是这样形成的。如果空气中没有任何尘埃或
离子，水蒸气就是达到过饱和状态，也不能马上凝结。但是，如果这时
由于某种原因在空气中产生了离子，那么过饱和的水蒸气就会以这
些离子为核心立即凝结咸雾珠。离子是看不见的，可是雾珠是看得见
的，因此可以根据出现的雾珠来推测产生离子的情形。云室就是根据
这个原理制成的。(有关过饱和汽这部分知识学生可能有所遗忘，教
师可适当进行补充，这样对学生理解云室的原理很有帮助)
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。这种云室是英国物理学家威耳孙(1869—1959)在1912年发明
的，故叫做威耳孙云室。
云室的原理学生在阅读和讨论的基础上不难理解，故教师应注
意鼓励学生大胆发表看法，并针对学生回答的具体情况，通过层层设
伺和学生的思考探究，使学生逐渐对问题形成一个清晰而全面的认
识。(应向学生强调：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。)
在了解了云室的原理后，进一步引导学生观察o、p射线在云室
中的径迹，比较两种径迹的特点，并分析其原因，这样可使学生对云
室有更深的理解。
a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。p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。甘粒子的
电离本领更小，一般看不到它的径迹。因此，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，还可以知道粒子动量的大小。1972年我国云南宇宙射线实
验站，就是利用建在3200米高山上的大型磁云室装置，发现了一个
质量是十倍质子质量的重粒子。(讲解这部分知识时可顺便复习三种
射线的性质)
(板书)二、气泡室
组织学生阅读课文，学习气泡室的基本原理。
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，而观察者将有比
用云室好得多的机会来摄取所寻找的事件。教材中图22—8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。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。(气泡
室的原理同云室的原理类似，学生通过迁移不难理解它，教师对这部
分内容可向学生做适当的讲解与补充)
组织学生阅读课本“盖革一弥勒计数器”部分的内容，并组织学
生进行讨论。
(板书)三、盖革弥勒计树器
2、G—M计数器的基本原理及其特点是什么？
引导学生回答问题1，计数器的主要部分盖革管，如教材中图22--9所示。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。当某种射线粒子送入管内时，它使管内的气体
电离，产生的电子在电场作用下向阳极加速运动。电子在运动中能量
越来越大。达到一定值时，跟管中的气体分子碰撞，又使气体分子电
离，再产生电子，新的电子又被电场加速，这样一连串地碰撞下去，就
会引起雪崩似的电离。于是，一个射线粒子进入管中后经过一段很短
时间，就会产生大量电子。这些电子到达阳极，正离子到达阴极(正离
子由于质量大，运动较慢，在运动中不会再使气体分子电离)，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。
这种仪器是德国物理学家盖革(1882--1945)在1928年与弥勒
(1911～1977)合作研制出来的，所以叫盖革一弥勒(G--M)计数器。
G—M计数器的放大倍数很大，』F常灵敏，用它来检测放射性是很方
便的。但它对于不同的射线产生的脉冲现象是相同的，因此只能用来
计数，而不能区分射线的种类。如果同时有大量粒子，或两个粒子射
来的时间间隔很短(小于200~s)时，也不能计数，即它不适合于极快
速的计数。这种计数器适合于对p粒子和甘粒子进行计数。对。射线
进行计数时，由于。射线的贯穿能力很小，不能通过玻璃管壁，所以
需在管的前方装上一个很薄的云母片窗口，使。粒子从这个窗口射
入，或把微弱的放射源放在管内。
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。随着科
学技术的发展，探测射线的手段也不断改进。近年来，由于探测仪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，感兴趣的同学可以查
找这方面的资料阅读。
●随堂练习强化巩固
1、云室利用的是射线的什么本领 云室里为什么是干净的空气
2、在云室看到的径迹是射线本身吗 根据径迹，我们可以知道粒
子的哪些性质
3、为什么射线粒子进入盖革管中可以产生大量电子
●布置作业
1、复习本节课文。
2、查阅资料了解其他探测射线的方法。
●参考习题
1、放射线的粒子与其他物质作用时产生的主要现象有哪些
2、威耳孙云室、气泡室的基本原理是什么
3、盖革管的基本原理是什么
4、G—M计数器的特点有哪些
教学设计说明
1、教学中应注·意组织学生阅读课文内容，并进行必要的指导，逐
步使学生学会阅读教科书，养成阅读教材的习惯。在此基础上组织学
生对课文中的问题进行讨论，由学生自己解决部分问题，教师可同时
参与讨论，及时给予指导。教师讲课时不宜过细，给学生留出较多自
我探究的余地，凡是学生可以答出的问题均可由学生去答，教师可通
过层层设问把学生认识模糊的问题澄清，并穿插对难点和重点部分
给以解释和强调，同时应注意及时对学生进行讦价。
2、建议在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、录像等。
3、在教学中注意激发学生的学习兴趣，并鼓励学生阅读相关书
籍和资料，或通过上网等其他方式来获得新知识，这样可以在提高学
生能力的同时开阔学生的思路和眼界，使学生和现代科学技术的关
系更加紧密。
问题驱动式教学重视学生的研究学习，强调学生的主动参与，在
发挥教师的主导作用的同时强化了学生的自主性，体现了“指导——
研究”的特点。让学生积极主动地带着问题去思考、去探索是设计这
节课的主导思想和理论依据，让学生有意识地在问题中学习思考，在
思考中发现，在发现中理解问题，这种教育思想和“培养学生的创新
精神和独立思考的能力”的要求是一致的。随着“问题驱动式教学”的
不断研究、完善和提高，从具体实际情况出发，应用“问题驱动式教
学”的全部或部分过程，组织学生开展学习活动，定将收到与众不同
的教学效果。