2019-2020年高三物理 第二十二章 原子核 四、放射性的應(yīng)用與防護(hù)(第一課時(shí)).doc
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2019-2020年高三物理 第二十二章 原子核 四、放射性的應(yīng)用與防護(hù)(第一課時(shí))本節(jié)教材分析課本所介紹的三種探測射線的方法是核物理研究中最基本、最常用的實(shí)驗(yàn)方法,通過對實(shí)驗(yàn)的觀察和對儀器原理的介紹,應(yīng)讓學(xué)生知道,研究原子核變化中的微觀現(xiàn)象,可以根據(jù)各種粒子產(chǎn)生的次級(jí)效應(yīng)來進(jìn)行觀察和判斷,進(jìn)而了解核物理中這種研究問題的方法.教學(xué)中應(yīng)盡可能地做好演示實(shí)驗(yàn),特別是云室實(shí)驗(yàn).學(xué)生通過對云室實(shí)驗(yàn)的觀察,看到看不見、摸不著的射線現(xiàn)在可以看到它們的徑跡,既感到新鮮,又加深了對所學(xué)知識(shí)的理解.教學(xué)中應(yīng)注意結(jié)合以前學(xué)過的過飽和汽的知識(shí),講清云室實(shí)驗(yàn)的原理.同時(shí)要注意強(qiáng)調(diào)在云室看到的只是成串的小液滴,它描述的是射線粒子運(yùn)動(dòng)的徑跡,而不是射線本身.云室利用的是射線的電離本領(lǐng). 關(guān)于放射性的應(yīng)用及防護(hù)的教學(xué)應(yīng)使學(xué)生明白,同一元素的各種同位素中,有的穩(wěn)定,有的不穩(wěn)定,不穩(wěn)定的同位素會(huì)自發(fā)地放出粒子而衰變?yōu)槠渌?,這種不穩(wěn)定的同位素就叫做放射性同位素.放射性同位素的應(yīng)用部分的教學(xué)主要應(yīng)使學(xué)生了解射線的貫穿本領(lǐng)、電離作用以及射線的物理、化學(xué)和生物作用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用以及我國在這方面所取得的新成就.同時(shí)應(yīng)讓學(xué)生了解放射性污染對人類和環(huán)境的破壞作用,知道放射性防護(hù)的基本常識(shí).教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1.知道用肉眼不能直接看到的放射線可以利用各種射線粒子產(chǎn)生的次級(jí)效應(yīng)用適當(dāng)?shù)膬x器探測到.2.了解云室、氣泡室和計(jì)數(shù)器的簡單構(gòu)造和基本原理. 3.知道放射性同位素及其在各方面的重要應(yīng)用.4.了解放射性污染和防護(hù)的基本常識(shí).二、能力目標(biāo)認(rèn)識(shí)放射性污染的危害.三、德育目標(biāo)通過對放射性污染的認(rèn)識(shí),提高學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識(shí).教學(xué)重點(diǎn)放射性的應(yīng)用和防護(hù).教學(xué)難點(diǎn)云室和計(jì)數(shù)器的原理.教學(xué)方法本節(jié)采用教師演示、學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn),教師啟發(fā)、學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)原理和結(jié)果的教學(xué)方法,以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察和分析能力.教學(xué)用具投影儀及投影片、J2553型威耳孫云室演示器、放射源J2524型蓋革計(jì)數(shù)器、電源、揚(yáng)聲器.課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程一、引入新課研究放射性,就要觀察放射線,人的肉眼雖然無法直接看到放射線,即就是借助目前最好的顯微鏡一般也無法直接看到射線粒子.但放射線的粒子與其他物質(zhì)粒子發(fā)生作用時(shí)產(chǎn)生的一些現(xiàn)象用人的肉眼是可以直接看到的,借助這些現(xiàn)象可以探知放射線的存在及其性質(zhì).這一節(jié)我們就來簡單介紹一下科學(xué)研究中常用的幾種探測放射線的方法以及放射線的應(yīng)用和防護(hù)二、新課教學(xué)(一)探測放射線的方法1.威耳孫云室1912年,英國威耳孫發(fā)明(1)基本構(gòu)造及工作原理(投影:云室構(gòu)造圖228)圖228學(xué)生先看云室的構(gòu)造圖,教師說明各部分的的名稱和作用,然后再向?qū)W生展示實(shí)物.教師點(diǎn)撥射線對其他物質(zhì)粒子的一個(gè)最基本的作用是什么?學(xué)生回答電離作用.教師點(diǎn)撥云霧是怎樣形成的?學(xué)生回答過飽和蒸汽遇到凝結(jié)核而凝結(jié)形成小水滴,許多小水滴聚集一起就形成云霧.教師點(diǎn)撥云室就是利用這個(gè)原理來觀察射線的,它是英國物理學(xué)家威耳孫在1912年發(fā)明的,因而叫威耳孫云室.實(shí)驗(yàn)原理:在云室里加一些酒精或乙醚,使室內(nèi)充滿酒精的飽和蒸汽,然后使活塞迅速向下移動(dòng),室內(nèi)氣體由于迅速膨脹而降低溫度使酒精蒸汽達(dá)到飽和,這時(shí)如果有射線粒子從室內(nèi)氣體中飛過,使沿途的氣體分子電離,過飽和的酒精蒸汽就會(huì)以這些離子為核心凝結(jié)成一條霧跡,我們就可以直接看到,也可以拍攝成照片進(jìn)行研究.(2)實(shí)驗(yàn)演示用威耳孫云室觀察射線粒子的運(yùn)動(dòng)徑跡.使用J2553型威耳孫云室演示: 放上粒子放射源,教師演示,學(xué)生35人一組到講臺(tái)上進(jìn)行觀察,然后請12位學(xué)生描述所看到的現(xiàn)象.再換上粒子放射源,教師演示,學(xué)生35人一組到講臺(tái)上進(jìn)行觀察,然后請12位學(xué)生描述所看到的現(xiàn)象.展示投影或掛圖(圖239)圖229(3)分析三種射線粒子的徑跡特點(diǎn)粒子:因其質(zhì)量大而不易改變方向,因其電離作用強(qiáng)而產(chǎn)生的離子多,故其徑跡直而粗;粒子:質(zhì)量小,跟其他粒子碰撞時(shí)容易改變方向,其電離作用弱,沿途產(chǎn)生的離子少,故其徑跡比較細(xì)且有時(shí)發(fā)生彎曲.粒子電離本領(lǐng)更小,一般看不到它的徑跡,有時(shí)能產(chǎn)生一些細(xì)碎的霧滴.說明:如果把云室放在磁場中,從帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的彎曲方向還可以判定粒子所帶電荷的正負(fù).2.氣泡室(1)構(gòu)造原理:同云室類似,所不同的是氣泡室里裝的是液體(如液態(tài)氫).控制氣泡室內(nèi)液體的溫度和壓強(qiáng),使室內(nèi)溫度略低于液體的沸點(diǎn).實(shí)驗(yàn)時(shí),使氣泡室內(nèi)的壓強(qiáng)突然降低,液體的沸點(diǎn)降低使液體過熱,當(dāng)射線粒子通過室內(nèi)過熱氣體時(shí),射線粒子周圍的液體沸騰就有氣泡形成,可以通過肉眼直接看到或拍攝照片.(2)氣泡室照片分析:圖2210為將氣泡室放在磁場中拍攝到的射線粒子的徑跡照片,請同學(xué)們根據(jù)照片回答下列問題:圖2210如果磁場方向已知,能否根據(jù)徑跡的偏轉(zhuǎn)方向確定粒子是否帶電或電性?能否根據(jù)粒子徑跡的彎曲情況確定射線粒子的能量或動(dòng)量?(根據(jù)徑跡半徑rmv/Bq,已知B、q,測出r,就可以確定其動(dòng)量mv或能量mv2/2)3.蓋革彌勒計(jì)數(shù)器1928年德國蓋革和彌勒合作發(fā)明(1)構(gòu)造原理:投影蓋革管的構(gòu)造示意圖(圖2211)圖2211學(xué)生看著示意圖,教師介紹其構(gòu)造:蓋革管的基本構(gòu)造外面是一個(gè)封閉的玻璃管,里面有一個(gè)接在電源負(fù)極的導(dǎo)電圓筒(陰極),筒的中間有一條接電源正極的的金屬絲(陽極)管中裝有低壓的惰性氣體(如氬、氖等,壓強(qiáng)約10 kPa20 kPa)和少量的的酒精蒸汽或溴蒸汽.在陰極(圓筒)和陽極(金屬絲)間加上一定的電壓(約1000 V),這個(gè)電壓稍低于管內(nèi)氣體的電離電壓.教師說明工作原理:當(dāng)某種射線粒子進(jìn)入蓋革管中時(shí),它就會(huì)使管內(nèi)氣體電離,產(chǎn)生的電子在陰極和陽極之間加速使其能量越來越大,電子與管內(nèi)其他氣體分子碰撞時(shí)又使氣體分子電離,產(chǎn)生電子這樣,一個(gè)射線粒子進(jìn)入管中后,經(jīng)過一個(gè)很短的時(shí)間就會(huì)產(chǎn)生大量的電子,這些電子達(dá)到陽極,正離子達(dá)到陰極,在外電路就會(huì)產(chǎn)生一次脈沖放電,這個(gè)脈沖電流可以用電子儀器記錄下來,也可以把它轉(zhuǎn)化為光信號(hào)或聲音信號(hào)顯示出來.(2)演示實(shí)驗(yàn):用蓋革計(jì)數(shù)器探測放射線使用J2524型蓋革計(jì)數(shù)器,它能夠?qū)⑸渚€粒子引起的放電脈沖轉(zhuǎn)化為聲音信號(hào)和光信號(hào),因此當(dāng)有一個(gè)射線粒子進(jìn)入計(jì)數(shù)管時(shí)使揚(yáng)聲器發(fā)出一次響聲同時(shí)發(fā)光二極管發(fā)出一次閃光.連接好儀器,打開電源,即可聽到揚(yáng)聲器發(fā)出響聲,向?qū)W生說明這是宇宙射線中的粒子引起的,一般不超過30次/分,叫本底計(jì)數(shù)率.將放射源(J2553型威耳孫云室所配)靠近計(jì)數(shù)管,則計(jì)數(shù)率明顯增加,這個(gè)計(jì)數(shù)率減去本底計(jì)數(shù)率就是放射源的實(shí)際計(jì)數(shù)率.計(jì)數(shù)率反映了空間某處放射線的強(qiáng)度.增大放射源到計(jì)數(shù)管的距離,可以看到計(jì)數(shù)率明顯降低,可以讓學(xué)生測量不同距離的實(shí)際計(jì)數(shù)率,可以發(fā)現(xiàn)空間某處的計(jì)數(shù)率與該處到放射源的距離平方成反比.使放射源距離計(jì)數(shù)管約10 cm,其間擋一塊23 mm的的鉛板,計(jì)數(shù)率明顯減小,再疊放幾塊鉛板,計(jì)數(shù)率更小,改用同樣厚度的銅板對比,計(jì)數(shù)率并不明顯減少,這顯示了鉛板對射線粒子的吸收作用.(3)說明:一般的蓋革計(jì)數(shù)器適合對粒子和粒子進(jìn)行計(jì)數(shù).由于粒子貫穿本領(lǐng)很小,一般不能穿過計(jì)數(shù)管的玻璃管壁,要對粒子計(jì)數(shù),需要在計(jì)數(shù)管前方裝上一個(gè)很薄的云母片窗口,使粒子從這個(gè)窗口射入或制成其他的式樣.蓋革計(jì)數(shù)器的放大倍數(shù)很大,用它來檢測放射線很方便,但它對不同射線產(chǎn)生的脈沖現(xiàn)象相同,因此只能用來計(jì)數(shù),而不能區(qū)分射線的種類.(二)放射線的應(yīng)用教師介紹和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合1.人工放射性的發(fā)現(xiàn)教師介紹1934年,約里奧居里和伊里夫居里夫婦首次發(fā)現(xiàn)人工放射性元素,其實(shí)驗(yàn)如下:用粒子轟擊鋁核的核反應(yīng):2713Al+42He3015P+10n產(chǎn)生的新核3015P是磷的一種放射性同位素,它能像天然放射性元素一樣自發(fā)衰變成穩(wěn)定元素3014Si而放出正電子,其核反應(yīng)為:3015P3014Si+0-1e(正電子)2.放射性同位素教師介紹用人工方法產(chǎn)生的放射性元素,大都是已知元素的同位素,叫做放射性同位素,天然存在的放射性元素不過40余種,而今天人工制造的放射性同位素已達(dá)1000余種,每一種元素都有了放射性同位素,這為放射性的應(yīng)用創(chuàng)造了條件.人工放射性元素的優(yōu)點(diǎn):放射強(qiáng)度容易控制,可以按需制成各種化合物,各種形狀,特別是它的半衰期比天然放射性元素要短的多,因此其放射性廢料容易處理.3.放射性同位素的應(yīng)用學(xué)生自學(xué),然后教師小結(jié)(1)利用放射線的貫穿本領(lǐng)或電離作用,主要應(yīng)用如下:射線探傷:即利用射線對金屬工件進(jìn)行透視,檢驗(yàn)其內(nèi)部有沒有砂眼或裂紋.培育優(yōu)良品種:利用射線可以使生物體內(nèi)的DNA發(fā)生突變而使種子發(fā)生變異.放射治療惡性腫瘤:利用射線對癌細(xì)胞的殺傷作用.消除靜電:利用粒子很強(qiáng)的電離作用,可以消除機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)中因摩擦而產(chǎn)生的有害靜電.(2)作為示蹤原子:利用同一種元素的化學(xué)性質(zhì)與其放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)完全相同,可以用放射性同位素代替非放射性同位素制成各種化合物,這種化合物的化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生變化,但它卻帶上了“放射性標(biāo)記”,用放射性探測議就可以探測出來,這種用途的放射性同位素叫做“示蹤原子”.示蹤原子的應(yīng)用主要有下面幾個(gè)方面:用含有放射性的肥料研究農(nóng)作物對肥料的吸收作用檢查地下輸油管道破損漏油的位置(三)放射性的污染和防護(hù)學(xué)生自學(xué)1.放射線對人體、對環(huán)境有哪些危害?人體受過量的射線照射,會(huì)殺傷人體細(xì)胞而患上白血病使人死亡,會(huì)使孕婦產(chǎn)生怪胎等,由于很多放射性元素的半衰期很長,有的長達(dá)幾萬年甚至上億年,它的放射強(qiáng)度衰減很慢,一旦受到這些元素的放射性污染,將對環(huán)境產(chǎn)生長期影響.通過錄像介紹美國1945年向日本廣島和長崎投放原子彈以及1987年前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站核泄漏事故,這兩起核災(zāi)難對人類和環(huán)境所造成危害的有關(guān)資料,使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)核輻射與核污染對人類和環(huán)境的嚴(yán)重危害.2.防護(hù)放射線的措施有哪些?生活中首先要對可能有放射性的物質(zhì)有防范意識(shí),其次要盡可能遠(yuǎn)離放射源;從事與放射性有關(guān)的工作,一定要遵守操作規(guī)程,做好防護(hù)措施;放射源要放在專門的很厚的鉛盒內(nèi),嚴(yán)格保管.三、小結(jié)本節(jié)簡單介紹了核物理研究中最基本、最常用的三種探測射線的方法以及放射性同位素的應(yīng)用和放射線的防護(hù).放射性同位素的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面:一是利用它的射線;二是作為示蹤原子.放射性的污染和防護(hù)必須引起我們的重視.四、布置作業(yè)上網(wǎng)查閱有關(guān)放射性應(yīng)用及其污染和防護(hù)的有關(guān)資料五、板書設(shè)計(jì)(一)探測放射線的方法1.威耳孫云室1912年,英國威耳孫發(fā)明原理:利用射線的電離作用使過飽和蒸汽凝結(jié)形成霧滴顯示射線粒子的徑跡.2.氣泡室原理:利用射線的電離作用使過熱液體沸騰產(chǎn)生氣泡顯示射線粒子的徑跡.3.蓋革彌勒計(jì)數(shù)器1928年德國蓋革和彌勒合作發(fā)明(二)放射線的應(yīng)用教師介紹和學(xué)生自學(xué)相結(jié)合1.人工放射性的發(fā)現(xiàn)1934年,約里奧居里和伊里夫居里夫婦首次發(fā)現(xiàn)人工放射性元素磷30,其核反應(yīng)如下:2713Al+42He3015P+10n3015P3014Si+01e(正電子)2.放射性同位素:(1)用人工方法產(chǎn)生的放射性元素,大都是已知元素的同位素,叫做放射性同位素.(2)利用人工方法使每一種元素都有了放射性同位素,目前人工產(chǎn)生的放射性同位素已有一千余種.(3)同一元素的各種放射性同位素的化學(xué)性質(zhì)相同.3.放射性同位素的應(yīng)用(1)利用放射線的貫穿本領(lǐng)或電離作用射線探傷培育優(yōu)良品種放射治療惡性腫瘤消除靜電(2)作為示蹤原子用含有放射性的肥料研究農(nóng)作物對肥料的吸收作用.檢查地下輸油管道破損漏油的位置.(三)放射性的污染和防護(hù).1.放射線對人體、對環(huán)境的危害.2.防護(hù)放射線的主要措施.- 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