高二物理探測射線的方法

高中物理新人教版

選修３-5系列課件19.3《探測射線

的方法》教學目標

1、知識與技能（1）知道放射線的粒子與其他物質(zhì)作用時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象；（2）知道用肉眼不能直接看到的放射線可以用適當?shù)膬x器探測到；（3）了解云室、氣泡室和計數(shù)器的簡單構(gòu)造和基本原理。2、過程與方法（1）能分析探測射線過程中的現(xiàn)象；（2）培養(yǎng)學生運用已知結(jié)論正確類比推理的能力。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）培養(yǎng)學生認真嚴謹?shù)目茖W分析問題的品質(zhì)；（2）從知識是相互關聯(lián)、相互補充的思想中，培養(yǎng)學生建立事物是相互聯(lián)系的唯物主義觀點；（3）培養(yǎng)學生應用物理知識解決實際問題的能力。教學重點：根據(jù)探測器探測到的現(xiàn)象分析、探知各種運動粒子。教學難點（1）探測器的結(jié)構(gòu)與基本原理。（2）如何觀察實驗現(xiàn)象,并根據(jù)實驗現(xiàn)象，分析粒子的帶電、動量、能量等特性，從而判斷是何種射線，區(qū)分射線的本質(zhì)是何種粒子。教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。教學用具：（1）掛圖，實驗器材模型，課件等；（2）多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。

帶電性氦核流穿透能力構(gòu)成速度實質(zhì)名稱正強弱C/10電離能力負弱強接近C電子流中最弱極強光子C光子流復習回顧:例：天然放射性元素(釷)經(jīng)過一系列α衰變和β衰變之后變成（鉛）．下列論斷中正確的是（）A.鉛核比釷核少24個中子B.鉛核比釷核少8個質(zhì)子C.衰變過程中共有4次α衰變和8次β衰變D.衰變過程中共有6次α衰變和4次β衰變BD在下列核反應方程中,X代表質(zhì)子的方程是（）()()()()nHeXHDXnHCXOHeNBXPHeAlA042311021178421473015422713+1?++?g++?++?+BC半衰期、它表征放射性元素的原子核有一半發(fā)生衰變所需的時間。它是從大量原子核衰變中得出的統(tǒng)計規(guī)律，對個別的放射性原子核的衰變無實際物理意義。半衰期由原子核的內(nèi)部因素決定，與外界條件及與物質(zhì)的物理、化學狀態(tài)無關。即使處于物理運動，化學變化中也不會影響它的半衰期。因此它是反映某種元素原子核特征的重要物理量。探測射線的方法1、粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和汽會產(chǎn)生云霧，過熱液體會產(chǎn)生氣泡2、使照相底片感光3、使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光射線中的粒子與其它物質(zhì)作用會產(chǎn)生的現(xiàn)象：一、威爾遜云室：構(gòu)造：一個圓筒狀容器，低部可以上下移動，上蓋是透明的，內(nèi)有干凈空氣實驗時，加入少量酒精，使酒精蒸汽達到過飽和狀態(tài)。利用射線的電離本領a射線在云室中的徑跡：直而粗原因：a粒子質(zhì)量大，不易改變方向，電離本領大，沿涂產(chǎn)生的粒子多?射線在云室中的徑跡：比較細，而且常常彎曲原因：粒子質(zhì)量小，跟氣體碰撞易改變方向，電離本領小，沿途產(chǎn)生的離子少二、氣泡室-----高能物理實驗的最風行的探測設備

氣泡室是由一密閉容器組成，容器中盛有工作液體液體在特定的溫度和壓力下進行絕熱膨脹，由于在一定的時間間隔內(nèi)（例如50ms）處于過熱狀態(tài)，液體不會馬上沸騰，這時如果有高速帶電粒子通過液體，在帶電粒子所經(jīng)軌跡上不斷與液體原子發(fā)生碰撞而產(chǎn)生低能電子，因而形成離子對，這些離子在復合時會引起局部發(fā)熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經(jīng)過很短的時間后，胚胎氣泡逐漸長大，就沿粒子所經(jīng)路徑留下痕跡。如果這時對其進行拍照，就可以把一連串的氣泡拍攝下來，從而得到記錄有高能帶電粒子軌跡的底片。照相結(jié)束后，在液體沸騰之前，立即壓縮工作液體，氣泡隨之消失，整個系統(tǒng)就很快回到初始狀態(tài)，準備作下一次探測。氣泡室中帶電粒子的徑跡氣泡室的優(yōu)點：它的空間和時間分辨率高；工作循環(huán)周期短，本底干凈、徑跡清晰，可反復操作。但也有不足之處：那就是掃描和測量時間還嫌太長；體積有限，而且甚為昂貴，三、蓋革-米勒計數(shù)器一種能自動把放射微粒計數(shù)出來的儀器，利用了射線的電離本領放射性的應用與防護問題情景：為了使水果、蔬菜或其它的食物能存放的時間長一些，能在長時間保持新鮮，你有什么辦法？輻射方法處理糧食復習回顧：1、什么是原子核的衰變？2、原子核的衰變有什么樣的規(guī)律原子核放出a粒子或?粒子，由于核電荷數(shù)變了，而變成另一種原子核。1）、衰變時電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都守恒2）、衰變過程不可逆，所以用箭頭，不用等號3）、由實驗決定，不憑空編造盧瑟福在實驗中發(fā)現(xiàn)，往容器Ｃ中通入氮氣后，在熒光屏Ｓ上出現(xiàn)了閃光，這表明，有一種新的能量比α粒子大的粒子穿過鋁箔，撞擊在Ｓ屏上，這種粒子肯定是在α粒子擊中某個氮核而使該核發(fā)生變化時放出的。這樣，盧瑟福通過人工方法實現(xiàn)了原子核的轉(zhuǎn)變，人類第一次打開了原子核的大門。核反應

為了認定新粒子，把新粒子引進電場和磁場，測出了它的質(zhì)量和電量，確認與氫核相同：帶有一個單位的正電量，質(zhì)量是電子質(zhì)量的1800多倍。盧瑟福把它叫做質(zhì)子．質(zhì)子的符號是H或P在云室里做盧瑟福實驗，還可以根據(jù)徑跡了解整個人工轉(zhuǎn)變的過程．英國物理學家布拉凱特在所拍攝的兩萬多張照片的40多萬條α粒子徑跡中，發(fā)現(xiàn)了８條產(chǎn)生分叉的記錄．

分叉情況表明，α粒子擊中氮核后，生成一個新核，同時放出質(zhì)子。新核的電量較大速度較慢，徑跡短而粗；質(zhì)子速度大，電量小，故徑跡細而長．根據(jù)核反應中質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可以寫出這個發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程并得知氮核放出質(zhì)子后變成了氧核．

用α粒子、質(zhì)子、中子等去轟擊其它元素的原子核，也都產(chǎn)生類似的轉(zhuǎn)變，并產(chǎn)生質(zhì)子，說明質(zhì)子是各種原子核里都有的成分，質(zhì)子是人類繼電子、光子后發(fā)現(xiàn)的第三個基本粒子。原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，------------核反應在核反應中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒1930年，德國科學家玻特和貝克用α粒子轟擊輕元素鈹核，發(fā)現(xiàn)并未發(fā)射出質(zhì)子，而放出了一種新的射線．這種射線幾乎不能使氣體電離，在電場和磁場中也不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，是不帶電的，射線的貫穿能力強，他們認為這是γ射線．經(jīng)檢測，射線的能量在10ＭeV左右，遠大于天然放射物質(zhì)衰變時發(fā)出的γ射線的能量．1931年，約里奧夫婦重復了玻特和貝克的實驗，并用這種未知射線去轟擊石蠟。結(jié)果竟從中打出能量約5.7MeV的質(zhì)子．這是異常驚人的新發(fā)現(xiàn)，因為其行為完全不同于γ射線，γ射線只能打出電子而打不出質(zhì)子，γ光子的質(zhì)量近乎０，電子也很輕，光子撞擊電子，使它動起來是合乎常理的，但質(zhì)子質(zhì)量是電子的1800倍，一顆子彈怎么能撞動一輛汽車呢？如果認為轟擊石蠟的射線是γ射線，那么光子的能量應達55MeV，這與實際測得的射線能量10MeV相去甚遠．這射線在向約里奧夫婦招手呼喊：我不是γ射線……！可惜的是，他們擦肩而過，無緣相識。面對55eV與10eV的矛盾，他們還是十分牽強地解釋為其它的原因，并于1932年１月11日向巴黎科學院提交了實驗情況和對未知射線判定為γ射線的結(jié)論。

1932年１月底，查得威克得到這一論文，約里奧夫婦的實驗使他心跳，他認為約里奧夫婦的結(jié)論肯定有誤，違反能量守恒?。∷舾械竭@很可能是導師盧瑟福預言、自己苦苦尋找了12年的中子。他決定用云室的方法探測射線的速度和質(zhì)量。他先測出射線的速度不到光速的十分之一，排除了是γ射線的可能，又用彈性碰撞動量守恒的方法測出不帶電粒子的質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量差不多。他還根據(jù)自旋確定不帶電的粒子不可能是由質(zhì)子和電子組合而成，只能是另一種新的獨立粒子，他稱之為中子。就這樣，僅用了十天時間，成功地證實了這種中性射線就是中子流。他當之無愧地成為“中子之父”，并因此獲1935年諾貝爾物理獎?！皺C遇只偏愛有準備的頭腦”中子的發(fā)現(xiàn)，有重大的意義，中子不帶電，用它去轟擊原子核，不受庫侖力的影響，是研究原子核的強有力的“炮彈”。在此以前，可供研究用的“炮彈”只有天然放射元素發(fā)出的α、β、γ三種射線，中子流則是穿透本領更大，轟擊原子核更有效的“炮彈”，人們用它轟擊各種原子核，獲得許許多多人工放射性同位素，用它轟開鈾核，實現(xiàn)了原子能的利用。1934年，約里奧·居里和伊麗芙·居里在用粒子轟擊鋁箔時，除探測到預料中的中子外，還探測到了正電子，正電子的質(zhì)量跟電子相同，所帶電荷與電子相反，為一個單位的正電荷，更意外的是，拿走放射源后，鋁箔雖不再發(fā)射中子，但仍繼續(xù)發(fā)射正電子，而且這種放射性也有一定的半衰期．原來，鋁核被粒子擊中后發(fā)生了下面的反應人工放射性同位素反應生成物P是磷的一種同位素，也有放射性，像天然放射性元素一樣發(fā)生衰變，衰變時放出正電子，核衰變方程如下：用人工方法得到放射性同位素，這是一個很重要的發(fā)現(xiàn)．后來人們用質(zhì)子、氘核、中子和光子轟擊原子核，也得到了放射性同位素．與天然的放射性物質(zhì)相比，人造放射性同位素：1、放射強度容易控制2、可以制成各種需要的形狀3、半衰期更短4、放射性廢料容易處理（1）利用它的射線放射性同位素的應用A、由于γ射線貫穿本領強，可以用來γ射線檢查金屬內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋，所用的設備叫γ射線探傷儀．B、利用射線的穿透本領與物質(zhì)厚度密度的關系，來檢查各種產(chǎn)品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實現(xiàn)自動控制C、利用射線使空氣電離而把空氣變成導電氣體，以消除化纖、紡織品上的靜電D、利用射線照射植物，引起植物變異而培育良種，也可以利用它殺菌、治病等被不同劑量γ射線照射后的馬鈴薯8個月后的情況，左上方的馬鈴薯沒經(jīng)過γ射線照射，右下方的被γ射線照射的劑量最大，左下方保存最好的馬鈴薯被γ射線照射的劑量適中?！棒斆抟惶枴本褪巧綎|省棉花研究所的科技人員應用放射性同位素鈷-60放出的伽瑪射線處理棉花雜交的后代育成的．（2）作為示蹤原子：用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生物研究等.棉花在結(jié)桃、開花的時候需要較多的磷肥，把磷肥噴在棉花葉子上，磷肥也能被吸收．但是，什么時候的吸收率最高、磷在作物體內(nèi)能存留多長時間、磷在作物體內(nèi)的分布情況等，用通常的方法很難研究．如果用磷的放射性同位素制成肥料噴在棉花葉面上，然后每隔一定時間用探測器測量棉株各部位的放射性強度，上面的問題就很容易解決．人體甲狀腺的工作需要碘．碘被吸收后會聚集在甲狀腺內(nèi)．給人注射碘的放射性同位素碘131，然后定時用探測器測量甲狀腺及鄰近組織的放射強度，有助于診斷甲狀腺的器質(zhì)性和功能性疾?。?）放射性污染和防護原子彈爆炸、核電站泄露會產(chǎn)生嚴重的污染，在利用放射性同位素給病人做“放療”時，如果放射性的劑量過大，皮膚和肉就會潰爛不愈，導致病人因放射性損害而死去。有些礦石中含有過量的放射性物質(zhì)，如果不注意也會對人體造成巨大的危害。如圖是《北京青年報》2001年9月6日的一則報道。核反應堆外層的厚厚的水泥建筑小結(jié)：1、核反應基本上可分為兩大類：一是自然衰變（天然放射性衰變），二是人工衰變（人工轉(zhuǎn)變）（發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應）（發(fā)現(xiàn)中子的核反應）

2、放射性同位素的應用再見《史記·廉頗藺相如列傳》：“趙王竊聞秦王善為秦聲，請奏盆缻秦王，以相娛樂?！蓖豸酥短m亭序》：“足以極視聽之娛，信可樂也?！彼稳~適《東塘處士墓志銘》：“既苦志不酬，右書左琴以善娛樂?！保?/p>

萬彩娛樂jdh37lcg《古今小說·李公子救蛇獲稱心》：“李元在前曾應舉不第，近日琴書意懶，止游山玩水，以自娛樂?！泵黢T夢龍《東周列國志》第五十一回：“主公既有高臺廣囿，以為寢處之所，何不多選良家女子，充牣其中，使明師教之歌舞。以備娛樂，豈不美哉？”葉圣陶《倪煥之》十三：“又有什么可愛的議論音樂一般娛樂別人的心神么？”有蘇家在，孫女才能從地獄超生，孫女絕不能讓蘇家倒下。五哥那里，請爺爺允許孫女親自追蹤，將他與嘉顏揪回來！”蘇小橫卻問：“為何要揪他們回來？”第九十八章賣身進京縱強賊（4）“他們犯的錯大了！”裳兒瞪大眼睛，“爺爺難道要放過他們？”“他們犯了何錯？”蘇小橫又問。裳兒若有胡子，一定把胡子吹起來，好配合她的瞪眼。沒好氣的瞪了蘇小橫一眼，她也只好詳細數(shù)落道：“五哥頭一件，不該偷聽家里機密，盜走我本可帶進宮作信物結(jié)交四皇子的玉墜，還陷害寶音，以至寶音受死。第二件，不該勒索本家財物。第三件，不該在蟲局中設暗盤，明盤上輸?shù)靡凰浚当P里卻押對手贏，把滿城看好五哥押的彩注全卷去了。這還是他逃后，爺爺才查出來的呢！要是被人知道，蘇家在錦城都不必混了。此三件都是嘉顏與五哥同罪，再加上悖主。第四件，”抬了抬頭，“也是為五哥逃跑，還帶人逃跑，令得蘇家家聲大大有損，近則傷及四姐姐婚事，遠則傷及詩姐姐在宮中臉面，甚至我入宮的事也有影響，這還不夠可惡？”“玉墜，他已經(jīng)送回來，我已經(jīng)給你了。