高二物理探測射線的方法第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日19.3《探測射線

的方法》第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日教學目標

1、知識與技能（1）知道放射線的粒子與其他物質作用時產生的一些現象；（2）知道用肉眼不能直接看到的放射線可以用適當的儀器探測到；（3）了解云室、氣泡室和計數器的簡單構造和基本原理。2、過程與方法（1）能分析探測射線過程中的現象；（2）培養學生運用已知結論正確類比推理的能力。第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日3、情感、態度與價值觀（1）培養學生認真嚴謹的科學分析問題的品質；（2）從知識是相互關聯、相互補充的思想中，培養學生建立事物是相互聯系的唯物主義觀點；（3）培養學生應用物理知識解決實際問題的能力。教學重點：根據探測器探測到的現象分析、探知各種運動粒子。教學難點（1）探測器的結構與基本原理。（2）如何觀察實驗現象,并根據實驗現象，分析粒子的帶電、動量、能量等特性，從而判斷是何種射線，區分射線的本質是何種粒子。教學方法：教師啟發、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。第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日帶電性氦核流穿透能力構成速度實質名稱正強弱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:第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日例：天然放射性元素(釷)經過一系列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第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日在下列核反應方程中,X代表質子的方程是（）()()()()nHeXHDXnHCXOHeNBXPHeAlA042311021178421473015422713+1?++?g++?++?+BC第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日半衰期、它表征放射性元素的原子核有一半發生衰變所需的時間。它是從大量原子核衰變中得出的統計規律，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部因素決定，與外界條件及與物質的物理、化學狀態無關。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。第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日探測射線的方法第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日1、粒子使氣體或液體電離，以這些離子為核心，過飽和汽會產生云霧，過熱液體會產生氣泡2、使照相底片感光3、使熒光物質產生熒光射線中的粒子與其它物質作用會產生的現象：第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、威爾遜云室：構造：一個圓筒狀容器，低部可以上下移動，上蓋是透明的，內有干凈空氣實驗時，加入少量酒精，使酒精蒸汽達到過飽和狀態。利用射線的電離本領第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日a射線在云室中的徑跡：直而粗原因：a粒子質量大，不易改變方向，電離本領大，沿涂產生的粒子多?射線在云室中的徑跡：比較細，而且常常彎曲原因：粒子質量小，跟氣體碰撞易改變方向，電離本領小，沿途產生的離子少第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、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第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日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（例如50ms）處于過熱狀態，液體不會馬上沸騰，這時如果有高速帶電粒子通過液體，在帶電粒子所經軌跡上不斷與液體原子發生碰撞而產生低能電子，因而形成離子對，這些離子在復合時會引起局部發熱，從而以這些離子為核心形成胚胎氣泡，經過很短的時間后，胚胎氣泡逐漸長大，就沿粒子所經路徑留下痕跡。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，整個系統就很快回到初始狀態，準備作下一次探測。第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日氣泡室中帶電粒子的徑跡氣泡室的優點：它的空間和時間分辨率高；工作循環周期短，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，第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、蓋革-米勒計數器一種能自動把放射微粒計數出來的儀器，利用了射線的電離本領第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日放射性的應用與防護第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日問題情景：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？輻射方法處理糧食第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日復習回顧：1、什么是原子核的衰變？2、原子核的衰變有什么樣的規律原子核放出a粒子或?粒子，由于核電荷數變了，而變成另一種原子核。1）、衰變時電荷數和質量數都守恒2）、衰變過程不可逆，所以用箭頭，不用等號3）、由實驗決定，不憑空編造第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日盧瑟福在實驗中發現，往容器Ｃ中通入氮氣后，在熒光屏Ｓ上出現了閃光，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生變化時放出的。這樣，盧瑟福通過人工方法實現了原子核的轉變，人類第一次打開了原子核的大門。核反應第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日

為了認定新粒子，把新粒子引進電場和磁場，測出了它的質量和電量，確認與氫核相同：帶有一個單位的正電量，質量是電子質量的1800多倍。盧瑟福把它叫做質子．質子的符號是H或P在云室里做盧瑟福實驗，還可以根據徑跡了解整個人工轉變的過程．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，發現了８條產生分叉的記錄．

第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日分叉情況表明，α粒子擊中氮核后，生成一個新核，同時放出質子。新核的電量較大速度較慢，徑跡短而粗；質子速度大，電量小，故徑跡細而長．根據核反應中質量數守恒和電荷數守恒，可以寫出這個發現質子的核反應方程并得知氮核放出質子后變成了氧核．第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日

用α粒子、質子、中子等去轟擊其它元素的原子核，也都產生類似的轉變，并產生質子，說明質子是各種原子核里都有的成分，質子是人類繼電子、光子后發現的第三個基本粒子。原子核在其他粒子的轟擊下產生新原子核的過程，------------核反應在核反應中，質量數和電荷數都守恒第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日1930年，德國科學家玻特和貝克用α粒子轟擊輕元素鈹核，發現并未發射出質子，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生偏轉，是不帶電的，射線的貫穿能力強，他們認為這是γ射線．經檢測，射線的能量在10ＭeV左右，遠大于天然放射物質衰變時發出的γ射線的能量．第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日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。結果竟從中打出能量約5.7MeV的質子．這是異常驚人的新發現，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子，γ光子的質量近乎０，電子也很輕，光子撞擊電子，使它動起來是合乎常理的，但質子質量是電子的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射線的結論。第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日

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論肯定有誤，違反能量守恒啊！他敏感到這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量。第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日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量與質子質量差不多。他還根據自旋確定不帶電的粒子不可能是由質子和電子組合而成，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。第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日“機遇只偏愛有準備的頭腦”中子的發現，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，實現了原子能的利用。第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日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，鋁箔雖不再發射中子，但仍繼續發射正電子，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生了下面的反應人工放射性同位素第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日反應生成物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現．后來人們用質子、氘核、中子和光子轟擊原子核，也得到了放射性同位素．第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日與天然的放射性物質相比，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第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日（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厚度密度的關系，來檢查各種產品的厚度和密封容器中液體的高度等，從而實現自動控制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、治病等第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日被不同劑量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。第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日“魯棉一號”就是山東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．第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日（2）作為示蹤原子：用于工業、農業及生物研究等.棉花在結桃、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、磷在作物體內能存留多長時間、磷在作物體內的分布情況等，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．第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日人體甲狀腺的工作需要碘．碘被吸收后會聚集在甲狀腺內．給人注射碘的放射性同位素碘