2019-2020年高三物理《探測(cè)射線的方法》教學(xué)設(shè)計(jì).doc

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2019-2020年高三物理《探測(cè)射線的方法》教學(xué)設(shè)計(jì) ★新課標(biāo)要求 （一）知識(shí)與技能 1．知道放射線的粒子與其他物質(zhì)作用時(shí)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(dāng)?shù)膬x器探測(cè)到． 3．了解云室、氣泡室和計(jì)數(shù)器的簡(jiǎn)單構(gòu)造和基本原理． （二）過程與方法 1．能分析探測(cè)射線過程中的現(xiàn)象. 2．培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已知結(jié)論正確類比推理的能力 （三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀 1．培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)分析問題的品質(zhì). 2．從知識(shí)是相互關(guān)聯(lián)、相互補(bǔ)充的思想中，培養(yǎng)學(xué)生建立事物是相互聯(lián)系的唯物主義觀點(diǎn) 3．培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力 ★教學(xué)重點(diǎn) 根據(jù)探測(cè)器探測(cè)到的現(xiàn)象分析、探知各種運(yùn)動(dòng)粒子。 ★教學(xué)難點(diǎn) 1．探測(cè)器的結(jié)構(gòu)與基本原理。 2．如何觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析粒子的帶電、動(dòng)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(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。 ★教學(xué)用具： 1．掛圖，實(shí)驗(yàn)器材模型，課件等。 2．多媒體教學(xué)設(shè)備一套：可供實(shí)物投影、放像、課件播放等。 ★課時(shí)安排 1 課時(shí) ★教學(xué)過程 （一）引入新課 復(fù)習(xí)提問：前面我們學(xué)習(xí)了天然放射現(xiàn)象，知道了三種射線的本質(zhì)． 請(qǐng)同學(xué)們回憶： α、β、γ射線的本質(zhì)是什么？各有那些特征？ 學(xué)生回答：（略） 點(diǎn)評(píng)：通過學(xué)生回憶三種放射線的本質(zhì)以及三種粒子的基本特征，既用引導(dǎo)新課，也為后 面分析探測(cè)器探測(cè)到的現(xiàn)象提供理論依據(jù)。 老師進(jìn)一步設(shè)問：放射線是看不見的，我們是如何探知放射線的存在的呢？這節(jié)課，我們來學(xué)習(xí)幾種常用的探測(cè)射線的方法． （二）進(jìn)行新課 教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材83頁(yè)的第一部分，思考并討論： 放射線雖然看不見，但我們根據(jù)什么來探知放射線的存在呢？ 學(xué)生閱讀教材并討論后會(huì)回答：放射線雖然看不見，但我們可根據(jù)放射線的粒子與其他物質(zhì)作用時(shí)產(chǎn)生的一些現(xiàn)象來探知放射線的存在． 學(xué)生回答上述問題后老師追加提問：這些現(xiàn)象主要有哪些呢？ 學(xué)生會(huì)搶著回答： 這些現(xiàn)象主要有： 1．使氣體電離，這些離子可使過飽和汽產(chǎn)生云霧或使過熱液體產(chǎn)生氣泡； 2．使照相底片感光； 3．使熒光物質(zhì)產(chǎn)生熒光． 點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生閱讀教材、提取有用信息的能力。 下面我們學(xué)習(xí)三種核物理研究中常用的探測(cè)射線的方法． 1．威耳遜云室 教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“威耳遜云室”部分的內(nèi)容，并組織學(xué)生對(duì)課文內(nèi)容進(jìn)行討論． 提問：（1）構(gòu)造是什么？ （2）基本原理是什么？ （3）怎樣才能觀察到射線的徑跡？ 引導(dǎo)學(xué)生回答問題（1），并進(jìn)行補(bǔ)充評(píng)價(jià)． 學(xué)生討論并選出代表回答問題1：威耳遜云室主要部分是一個(gè)圓筒狀容器，下部是一個(gè)可以上下移動(dòng)的活塞，上蓋是透明的，可以通過它來觀察和拍攝粒子運(yùn)動(dòng)的徑跡．室內(nèi)由光源通過旁邊的窗子照明．少量放射性物質(zhì)（放射源）放在室內(nèi)側(cè)壁附近（或放在室外，讓放射線從側(cè)壁的窗口射入） ． 點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生在日常生活中多注意觀察的良好習(xí)慣。 教師：引導(dǎo)學(xué)生回答問題2，并注意結(jié)合以前學(xué)過的過飽和汽的知識(shí)，講清云室實(shí)驗(yàn)的基本原理． 學(xué)生討論后回答問題（2）時(shí)，可能回答仍不明確，不夠全面。此時(shí)，教師可多叫幾個(gè)同學(xué)加以補(bǔ)充，最后請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)威耳遜云室的原理。再請(qǐng)學(xué)生代表問答。 教師：引導(dǎo)學(xué)生回答問題（3），并進(jìn)行補(bǔ)充評(píng)價(jià)． 學(xué)生總結(jié)回答問題（3）：實(shí)驗(yàn)時(shí)，先往云室里加少量的酒精，使室內(nèi)充滿酒精的飽和蒸氣，然后使活塞迅速向下運(yùn)動(dòng)，室內(nèi)氣體由于迅速膨脹，溫度降低，酒精蒸氣達(dá)到過飽和狀態(tài)．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，過飽和酒精蒸氣就會(huì)以這些離子為核心凝結(jié)成霧滴，這些霧滴沿射線經(jīng)過的路線排列，于是就顯示出了射線的徑跡． 點(diǎn)評(píng)：要讓學(xué)生知道，提出問題也是學(xué)習(xí)的一個(gè)重要組成部分。 教師：說明這種云室是英國(guó)物理學(xué)家威耳遜（1869～1959）在1912年發(fā)明的，故叫做威耳遜云室． 注意向?qū)W生強(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． 老師演示課件、出示掛圖，引導(dǎo)學(xué)生觀察α、β射線在云室中的徑跡，比較兩種徑跡的特點(diǎn)，并分析其原因． 學(xué)生分析并回答： α粒子的質(zhì)量比較大，在氣體中飛行不易改變方向，并且電離本領(lǐng)大，沿途產(chǎn)生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗．β粒子的質(zhì)量小，跟氣體碰撞時(shí)容易改變方向，并且電離本領(lǐng)小，沿途產(chǎn)生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細(xì)，且常常發(fā)生彎曲．γ粒子的電離本領(lǐng)更小，一般看不到它的徑跡． 老師點(diǎn)評(píng)： 我們根據(jù)徑跡的長(zhǎng)短和粗細(xì)，可以知道粒子的性質(zhì)．把云室放在磁場(chǎng)中，從帶電粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的彎曲方向，可以知道粒子所帶電荷的正負(fù)；根據(jù)徑跡的曲率半徑的大小，還可以知道粒子的動(dòng)量的大小． 點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)知識(shí)、已知結(jié)論正確類比推理和歸納得出新的結(jié)論的思維能力 【例1】在云室中，為什么α粒子顯示的徑跡直而粗、β粒子顯示的徑跡細(xì)而曲？ 提示：因?yàn)棣亮Ｗ訋щ娏慷?，它的電離本領(lǐng)強(qiáng)，穿越云室時(shí)，在1cm路程上能使氣體分子產(chǎn)生104對(duì)離子.過飽和酒精蒸汽凝結(jié)在這些離子上，形成很粗的徑跡.且由于α粒子質(zhì)量大，穿越云室時(shí)不易改變方向，所以顯示的徑跡很直。 β粒子帶電量少，電離本領(lǐng)較小，在1cm路程上僅產(chǎn)生幾百對(duì)離子，且β粒子質(zhì)量小，容易改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以顯示的徑跡細(xì)而彎曲. 一位同學(xué)分析，其余同學(xué)補(bǔ)充、糾正。 點(diǎn)評(píng)：學(xué)生用自己的語(yǔ)言敘述，基本正確即可。 2．氣泡室 教師：引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文，學(xué)習(xí)氣泡室的基本原理． 提問：比較氣泡室的原理同云室的原理。 學(xué)生討論并回答： 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)．當(dāng)氣泡室內(nèi)壓強(qiáng)降低時(shí)，液體的沸點(diǎn)變低，因此液體過熱，在通過室內(nèi)射線粒子周圍就有氣泡形成．氣泡室在觀察比較稀少的碰撞事件時(shí)是有很大優(yōu)點(diǎn)的．液體中原子擠得很緊，可以發(fā)生比氣體中多得多的核碰撞，而我們將有比用云室好得多的機(jī)會(huì)來攝取所尋找的事件． 出示掛圖：教材中圖19.3－3為粒子經(jīng)過氣泡室時(shí)的徑跡照片，教師可向?qū)W生進(jìn)行簡(jiǎn)單說明． 老師點(diǎn)評(píng)：人們根據(jù)照片上記錄的情況，可以分析出粒子的帶電、動(dòng)量、能量等情況． 點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用類比和比較的方法來分析未知的知識(shí)，從而得到新的認(rèn)識(shí)。 3．蓋革— 彌勒計(jì)數(shù)器 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“蓋革—彌勒計(jì)數(shù)器”部分的內(nèi)容，并組織學(xué)生對(duì)課文內(nèi)容進(jìn)行討論． 提問：（1）蓋革— 彌勒計(jì)數(shù)管的構(gòu)造如何？ 學(xué)生回答問題（1）： 管外面是一根玻璃管，里面是一個(gè)接在電源負(fù)極的導(dǎo)電圓筒，筒的中間有一條接正極的金屬絲．管中裝有低壓的惰性氣體（如氬、氖等，壓強(qiáng)約為10kPa～20kPa）和少量的酒精蒸氣或溴蒸氣．在金屬絲和圓筒兩極間加上一定的電壓（約1000V），這個(gè)電壓稍低于管內(nèi)氣體的電離電壓 點(diǎn)評(píng)：老師可以強(qiáng)調(diào)，學(xué)生回答問題時(shí)，盡量用自己的語(yǔ)言回答。 （2）蓋革— 彌勒計(jì)數(shù)管的基本原理是什么？ 學(xué)生回答問題（2）： 蓋革管的原理是某種射線粒子進(jìn)入管內(nèi)時(shí)，它使管內(nèi)的氣體電離，產(chǎn)生的電子在電場(chǎng)中被加速，能量越來越大，電子跟管中的氣體分子碰撞時(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)入管中后可以產(chǎn)生大量電子．這些電子到達(dá)陽(yáng)極，陽(yáng)離子到達(dá)陰極，在外電路中就產(chǎn)生一次脈沖放電，利用電子儀器可以把放電次數(shù)記錄下來． 點(diǎn)評(píng)：培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。認(rèn)真閱讀，是學(xué)習(xí)必不可少的。如果學(xué)生能夠回答（基本）正確，教師就沒有必要重復(fù)。 （3）G—M計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)是什么？ 在學(xué)生思考和討論的過程中，老師各個(gè)小組巡查，了解學(xué)生的掌握情況，并進(jìn)行個(gè)別答疑。 學(xué)生回答問題（3）： ①G－M計(jì)數(shù)器放大倍數(shù)很大，非常靈敏，用它來檢測(cè)放射性是很方便的．②G－M計(jì)數(shù)器只能用來計(jì)數(shù)，而不能區(qū)分射線的種類．③G－M計(jì)數(shù)器不適合于極快速的計(jì)數(shù)．④G－M計(jì)數(shù)器較適合于對(duì)β、γ粒子進(jìn)行計(jì)數(shù)． 教師：另外，還有如閃爍計(jì)數(shù)器、乳膠照相、火花室和半導(dǎo)體探測(cè)器等探測(cè)器裝置，利用這些裝置能更精確地測(cè)定粒子的各種性質(zhì)，感興趣的同學(xué)可以查找這方面的資料閱讀． 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，探測(cè)射線的手段不斷改進(jìn)，近年來，由于探測(cè)儀器大都和電子計(jì)算機(jī)直接連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)全過程電子計(jì)算機(jī)控制、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理，已經(jīng)使實(shí)驗(yàn)方法高度自動(dòng)化． 學(xué)生課后查閱有關(guān)資料，了解更精確的探測(cè)放射線的方法。 點(diǎn)評(píng)：拓寬學(xué)生的知識(shí)面，進(jìn)一步了解探測(cè)射線的方法還要很多。 （三）課堂小結(jié) 教師引導(dǎo)學(xué)生自己進(jìn)行總結(jié)。 學(xué)生總結(jié)，討論。 （四）作業(yè)：“問題與練習(xí)”1－3題。 ★教學(xué)體會(huì) 1．本節(jié)所介紹的三種儀器是核物理研究中最基本、最常用的實(shí)驗(yàn)儀器，通過對(duì)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)中要注意滲透這一點(diǎn)． 2．教學(xué)中應(yīng)注意結(jié)合以前學(xué)過的知識(shí)來幫助學(xué)生理解．如結(jié)合過飽和汽的知識(shí)，講清云室的原理；結(jié)合電場(chǎng)的知識(shí)，講清射線粒子進(jìn)入蓋革管中產(chǎn)生大量電子的過程． 3．教學(xué)中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文內(nèi)容，組織學(xué)生對(duì)課文中的問題進(jìn)行討論，由學(xué)生自己解決一部分問題．教師可及時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)和補(bǔ)充，對(duì)難點(diǎn)和重點(diǎn)部分給以解釋和強(qiáng)調(diào)． 4．教學(xué)中盡可能地做好演示實(shí)驗(yàn)，或者組織學(xué)生觀看圖片、實(shí)物、錄像或課件等． 5．教學(xué)中注意培養(yǎng)學(xué)生的興趣，鼓勵(lì)學(xué)生閱讀相關(guān)書籍和資料．下面介紹一種科學(xué)研究中常用的探測(cè)射線的方法，供讀者參考． 乳膠照相 放射線能夠使照相底片感光．放射線中的粒子經(jīng)過照相底片上的乳膠時(shí)，使乳膠中的溴化銀分解，經(jīng)顯影后，就有一連串的黑點(diǎn)顯示出粒子的徑跡．這些徑跡可用顯微鏡來進(jìn)行觀察與測(cè)量，根據(jù)徑跡的長(zhǎng)短和形狀，可以判斷入射粒子的性質(zhì)、種類和能量．乳膠的密度較大，粒子在乳膠中的射程約為空氣的千分之一，因此容易看到徑跡的全部．乳膠照相的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠連續(xù)地工作，能夠?qū)⑷肷淞Ｗ用總€(gè)時(shí)刻的徑跡都記錄下來．并且，它體積小、輕便，并能將粒子的徑跡永久地保存，常用于探測(cè)高能量粒子的性質(zhì)．它的缺點(diǎn)是利用徑跡來測(cè)量粒子的能量不夠準(zhǔn)確．現(xiàn)在使用較多的是核乳膠片，與一般的照相乳膠片相比，前者含的溴化銀量多，顆粒細(xì)，分布均勻，并且乳膠層通常很厚，大約是510-3到110-1厘米．因此也能用來分析斜向射來的粒子的徑跡．