【精品】高三物理 第二十二章 原子核 四、放射性的应用与防护(第一课时)

第四节放射性的应用与防护

●本节教材分析

课本所介绍的三种探测射线的方法是核物理研究中最基本、最常用的实验方法，通过对实验的观察和对仪器原理的介绍，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.教学中应尽可能地做好演示实验，特别是云室实验.学生通过对云室实验的观察，看到看不见、摸不着的射线现在可以看到它们的径迹，既感到新鲜，又加深了对所学知识的理解.教学中应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.同时要注意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.云室利用的是射线的电离本领.

关于放射性的应用及防护的教学应使学生明白，同一元素的各种同位素中，有的稳定，有的不稳定，不稳定的同位素会自发地放出粒子而衰变为其他元素，这种不稳定的同位素就叫做放射性同位素.放射性同位素的应用部分的教学主要应使学生了解射线的贯穿本领、电离作用以及射线的物理、化学和生物作用在工农业生产、人民生活和医疗卫生等领域中的广泛应用以及我国在这方面所取得的新成就.同时应让学生了解放射性污染对人类和环境的破坏作用，知道放射性防护的基本常识.

●教学目标

一、知识目标

1.知道用肉眼不能直接看到的放射线可以利用各种射线粒子产生的次级效应用适当的仪器探测到.

2.了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理.

3.知道放射性同位素及其在各方面的重要应用.

4.了解放射性污染和防护的基本常识.

二、能力目标

认识放射性污染的危害.

三、德育目标

通过对放射性污染的认识，提高学生的环境保护意识.

●教学重点

放射性的应用和防护.

●教学难点

云室和计数器的原理.

●教学方法

本节采用教师演示、学生观察实验，教师启发、学生分析实验原理和结果的教学方法，以培养学生的实验观察和分析能力.

●教学用具

投影仪及投影片、J2553型威耳孙云室演示器、放射源J2524型盖革计数器、电源、扬声器.

●课时安排

1课时

●教学过程

一、引入新课

研究放射性，就要观察放射线，人的肉眼虽然无法直接看到放射线，即就是借助目前最好的显微镜一般也无法直接看到射线粒子.但放射线的粒子与其他物质粒子发生作用时产生

的一些现象用人的肉眼是可以直接看到的，借助这些现象可以探知放射线的存在及其性质.这一节我们就来简单介绍一下科学研究中常用的几种探测放射线的方法以及放射线的应用和防护

二、新课教学

（一）探测放射线的方法

1.威耳孙云室——1912年，英国威耳孙发明

（1）基本构造及工作原理（投影：云室构造图22—8）

图22—8

学生先看云室的构造图，教师说明各部分的的名称和作用，然后再向学生展示实物.

［教师点拨］射线对其他物质粒子的一个最基本的作用是什么？

［学生回答］电离作用.

［教师点拨］云雾是怎样形成的？

［学生回答］过饱和蒸汽遇到凝结核而凝结形成小水滴，许多小水滴聚集一起就形成云雾.

［教师点拨］云室就是利用这个原理来观察射线的，它是英国物理学家威耳孙在1912年发明的，因而叫威耳孙云室.

实验原理：在云室里加一些酒精或乙醚，使室内充满酒精的饱和蒸汽，然后使活塞迅速向下移动，室内气体由于迅速膨胀而降低温度使酒精蒸汽达到饱和，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，过饱和的酒精蒸汽就会以这些离子为核心凝结成一条雾迹，我们就可以直接看到，也可以拍摄成照片进行研究.

（2）实验演示——用威耳孙云室观察射线粒子的运动径迹.

使用J2553型威耳孙云室演示：

·放上α粒子放射源，教师演示，学生3~5人一组到讲台上进行观察，然后请1~2位学生描述所看到的现象.

·再换上β粒子放射源，教师演示，学生3~5人一组到讲台上进行观察，然后请1~2位学生描述所看到的现象.

·展示投影或挂图（图23—9）

图22—9

（3）分析三种射线粒子的径迹特点

α粒子：因其质量大而不易改变方向，因其电离作用强而产生的离子多，故其径迹直而粗；

β粒子：质量小，跟其他粒子碰撞时容易改变方向，其电离作用弱，沿途产生的离子少，故其径迹比较细且有时发生弯曲.

γ粒子电离本领更小，一般看不到它的径迹，有时能产生一些细碎的雾滴.

说明：如果把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向还可以判定粒子所带电荷的正负.

2.气泡室

（1）构造原理：同云室类似，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，使室内温度略低于液体的沸点.实验时，使气泡室内的压强突然降低，液体的沸点降低使液体过热，当射线粒子通过室内过热气体时，射线粒子周围的液体沸腾就有气泡形成，可以通过肉眼直接看到或拍摄照片.

（2）气泡室照片分析：

图22—10为将气泡室放在磁场中拍摄到的射线粒子的径迹照片，请同学们根据照片回答下列问题：

·如果磁场方向已知，能否根据径迹的偏转方向确定粒子是否带电或电性？

·能否根据粒子径迹的弯曲情况确定射线粒子的能量或动量？

（根据径迹半径r＝mv/Bq，已知B、q，测出r，就可以确定其动量mv或能量mv2/2）

3.盖革－弥勒计数器——1928年德国盖革和弥勒合作发明

（1）构造原理：

投影盖革管的构造示意图（图22—11）

学生看着示意图，教师介绍其构造：

盖革管的基本构造外面是一个封闭的玻璃管，里面有一个接在电源负极的导电圆筒（阴极），筒的中间有一条接电源正极的的金属丝（阳极）管中装有低压的惰性气体（如氩、氖

图22—10

图22—11