2018高中物理第四章从原子核到夸克43让射线造福人类沪科版3-5

4.3让射线造福人类关注学生的发展，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）．知道什么是放射性同位素，人造和天然放射性物质的主要不同点。

(2)知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象。

(3)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。

(4)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? 能否用人工的的方法使元素放出射线呢？●进行新课1．人工放射性同位素（1）放射性同位素：有些同位素具有放射性，叫做放射性同位素。

放射性同位素有天然和人造两种，它们的化学性质相同。

（2）人工放射性同位素Al He P（3）人工放射性同位素的优点：放射强度容易控制；形状容易控制；半衰期短，废料容易处理。

（4）凡是用到射线时，都用人造放射性同位素学生：从这部分开始主要为学生自习和上网查找资料，一方面要掌握书本的知识，另一方面要扩展自己的知识面，同时有问题的地方及时向老师提问，点评：这一节大部分为陈述性的知识，教学难度不大，学生很容易掌握，如果让学生自习并上网查相关资料，他们一样可以掌握的很好，同时还能扩展他们的知识面，更能激发学生学习的热情。

2．探测射线的仪器和方法放射线虽然看不见，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。

3．射线是把双刃剑分组讨论最近大家又通过各种渠道收集了许多有关“放射性的利用”和“放射性污染的危害与防护”的资料。

下面我们以小组（4~5个人）为单位综合处理每个人的资料（此过程学生可以在课前有所准备），然后准备在课堂上作包含以下方面的陈述：1. α、β、γ三种放射线对物质的作用各自有何特点？2. 利用实例分别介绍三种放射线的应用并简要说明应用原理（或依据）。

3. 什么是示踪原子，怎样理解示踪原子的作用？4. 什么是放射性污染及放射性污染有什么可怕后果？5. 哪些事件或事物会导致放射性污染？并请举出实例。

6. 对放射性物质有哪些有效的防护措施？以上问题要通过多媒体（幻灯片）展示。

组织课堂进行小组（代表）陈述选一个小组进行陈述（一个同学陈述后，其它同学补充），配合该小组的陈述教师作相应内容的标题性板书：小组陈述完以后组织进行答辩：同学们就相关内容提出问题，先由该小组成员回答，也可以由其它同学回答。

教师视情况作必要的补充或重点内容的强调。

特别是应该及时引导、把握、控制提问及讨论的方向。

对讨论中的重点内容，教师做适当的板书演示：放映资料片《切尔诺贝利核泄漏事故》片断。

课堂练习1．在工业生产中，某些金属材料内部出现的裂痕是无法直接观察到的，如果不能够发现它们，可能会给生产带来极大的危害．自从发现放射线后，则可以利用放射线进行探测，这是利用了( )A．原子核在α衰变中产生的42HeB．β射线的带电性质C．γ射线的穿透本领D．放射性元素的示踪本领答案 C解析γ射线的穿透本领较强，可以用来进行金属探伤，故正确答案为C.2．下列应用中把放射性同位素作为示踪原子的是( )A．射线探伤仪B．利用含有放射性131 53I的油，检测地下输油管的漏油情况C．利用6027Co治疗肿瘤等疾病D．把含有放射性元素的肥料施给农作物，用以检测确定农作物吸收养分的规律答案BD解析射线探伤仪利用了射线的穿透能力，所以选项A错误．利用含有放射性131 53I的油，可以记录油的运动踪迹，可以检查管道是否漏油，所以选项B正确．利用6027Co治疗肿瘤等疾病，利用了射线的穿透能力和高能量，所以选项C错误．把含有放射性元素的肥料施给农作物，可以记录放射性元素的踪迹，用以检测确定农作物吸收养分的规律，所以选项D正确．3．关于放射性同位素的应用，下列说法中正确的有( )A．放射线改变了布料的性质使其不再因摩擦而生电，从而达到消除有害静电的目的B．利用γ射线的穿透性可以为金属探伤，也能进行人体的透视C．用放射线照射作物种子使其DNA发生变异，其结果一定是更优秀的品种D．用γ射线治疗肿瘤时一定要严格控制剂量，以免对人体正常组织造成太大的伤害答案 D解析利用放射线消除有害静电是利用放射线的电离作用，使空气分子电离成为导体，将静电消除．γ射线对人体细胞伤害太大，不能用来进行人体透视．作物种子发生的DNA突变不一定都是有益的，还要经过筛选才能培育出优良品种．用γ射线治疗肿瘤对人体肯定有副作用，因此要科学地控制剂量．本题正确选项为D.4．用人工方法得到放射性同位素，这是一个很重要的发现，天然的放射性同位素只不过40多种，而今天人工制造的放射性同位素已达2 000多种，每种元素都有放射性同位素．放射性同位素在工业、农业、医疗卫生和科学研究等许多方面得到了广泛的应用．(1)带电的验电器在放射线的照射下电荷会很快消失，其原因是( )A．射线的穿透作用B．射线的电离作用C．射线的物理、化学作用D．以上三个选项都不是(2)图2是工厂利用放射线自动控制铝板厚度的装置示意图．如果工厂生产的是厚度为1毫米的铝板，在α、β、γ三种射线中，你认为对铝板的厚度控制起主要作用的是____射线．图2(3)在我国首先用人工方法合成牛胰岛素时，需要证明人工合成的牛胰岛素的结晶跟天然牛胰岛素的结晶是同一种物质，为此曾采用放射性同位素14C做____________．答案(1)B (2)β(3)示踪原子解析(1)因放射线的电离作用，空气中的与验电器所带电电性相反的离子与之中和，从而使验电器所带电荷消失．(2)α射线穿透物质的本领弱，不能穿透厚度为1毫米的铝板，因而探测器不能探测，γ射线穿透物质的本领极强，穿透1毫米厚的铝板和几毫米厚的铝板打在探测器上很难分辨．β射线也能够穿透1毫米甚至几毫米厚的铝板，但厚度不同，穿透后β射线中的电子运动状态不同，探测器容易分辨．(3)把掺入14C的人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素混合在一起，经过多次重新结晶后，得到了放射性14C分布均匀的牛胰岛素的结晶，这就证明了人工合成的牛胰岛素与天然牛胰岛素完全融为一体，它们是同一种物质．这种把放射性同位素的原子掺到其他物质中去，让它们一起运动、迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可以知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的，从而可以了解某些不容易查明的情况或规律．人们把作这种用途的放射性同位素叫做示踪原子.●布置作业1、复习本节课文。