19.3 探测射线的方法-2019-2020学年人教版物理选修3-5知识点突破

19.3　探测射线的方法 学习目标 1．理解原子核的人工转变及人工放射性同位素。 2．了解探测射线的仪器和方法。 重、难点：探测射线的方法。 知识点一、探测射线的基本方法 探测原理：根据放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象来探知放射线的存在。 （1）粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和汽会产生云雾，过热液体会产生气泡。 （2）使照相底片感光。 （3）使荧光物质产生荧光。 知识点二、三种核物理研究中常用的探测射线的方法 1．威耳逊云室 （1）构造：威耳逊云室主要部分是一个圆筒状容器，下部是一个可以上下移动的活塞，上盖是透明的，可以通过它来观察和拍摄粒子运动的径迹。室内由光源通过旁边的窗子照明。少量放射性物质（放射源）放在室内侧壁附近（或放在室外，让放射线从侧壁的窗口射入）。这是英国物理学家威耳逊（1869～1959）在1912年发明的，故叫做威耳逊云室。 （2）工作原理：粒子从室内气体中飞过，就会使沿途的气体分子电离产生离子，过饱和汽便以这些离子为核心凝成一条雾滴，于是显示出射线的径迹。 根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质；把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，还可以知道粒子所带电荷的正负。 （3）观察到射线的径迹：实验时，先往云室里加少量的酒精，使室内充满酒精的饱和蒸气，然后使活塞迅速向下运动，室内气体由于迅速膨胀，温度降低，酒精蒸气达到过饱和状态。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，过饱和酒精蒸气就会以这些离子为核心凝结成雾滴，这些雾滴沿射线经过的路线排列，于是就显示出了射线的径迹。 （4）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。 （5）三种射线在云室中 α、β两种射线径迹的特点，并分析其原因 α粒子的质量比较大，在气体中飞行不易改变方向，并且电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗。β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以它在云室中的径迹比较细，且常常发生弯曲．γ粒子的电离本领更小，一般看不到它的径迹。 三种射线在云室中的径迹比较 ①α粒子的质量比较大，在气体中飞行时不易改变方向。由于它的电离本领大，沿途产生的离子多，所以它在云室中的径迹直而粗。 ②β粒子的质量小，跟气体碰撞时容易改变方向，并且电离本领小，沿途产生的离子少，所以它在云室中的径迹比较细，而且速度减小后的轨迹常常弯曲。 ③γ粒子的电离本领更小，在云室中一般看不到它的径迹。 （6）根据径迹的长短和粗细，可以知道粒子的性质。把云室放在磁场中，从带电粒子运动轨迹的弯曲方向，可以知道粒子所带电荷的正负；根据径迹的曲率半径的大小，还可以知道粒子的动量的大小。 【题1】（多选）关于威尔逊云室探测射线，下述正确的是 A．威尔逊云室内充满过饱和蒸汽，射线经过时可显示出射线运动的径迹 B．威尔逊云室中径迹粗而短的是α射线 C．威尔逊云室中径迹细而长的是γ射线 D．威尔逊云室中显示粒子径迹原因是电离，所以无法由径迹判断射线所带电荷的正负 2．气泡室 （1）气泡室的基本原理：当高能粒子穿过室内过热液体时，形成一串气泡而显示粒子行迹。 （2）作用：可以分析粒子的带电、动量、能量等情况。 （3）气泡室和云室的比较：气泡室的工作原理与云室相类似，云室内装有气体，而气泡室内装的是液体。相同之处在于都可以形成射线粒子的运动径迹，通过研究径迹，研究射线的性质。 3．盖革— 弥勒计数器 （1）构造：管外面是一根玻璃管，里面是一个接在电源负极的导电圆筒，筒的中间有一条接正极的金属丝。管中装有低压的惰性气体（如氩、氖等，压强约为10kPa～20kPa）和少量的酒精蒸气或溴蒸气。在金属丝和圆筒两极间加上一定的电压（约1000V），这个电压稍低于管内气体的电离电压。 （2）基本原理：盖革管的原理是某种射线粒子进入管内时，它使管内的气体电离，产生的电子在电场中被加速，能量越来越大，电子跟管中的气体分子碰撞时，又使气体分子电离，产生电子……这样，一个射线粒子进入管中后可以产生大量电子．这些电子到达阳极，阳离子到达阴极，在外电路中就产生一次脉冲放电，利用电子仪器可以把放电次数记录下来。 （3）特点：①G—M计数器放大倍数很大，非常灵敏，用它来检测放射性是很方便的。 ②G—M计数器只能用来计数，而不能区分射线的种类。 ③G—M计数器不适合于极快速的计数。 ④G—M计数器较适合于对β、γ粒子进行计数。 （4）优缺点 优点：放大倍数很大，非常灵敏，用它检测射线十分方便。 缺点：a、不同射线产生的脉冲现象相同，只能用来计数，不能区分射线种类。b、如果同时有大量粒子或两个粒子射来的时间间隔小于200μs，则计数器不能区分它们。 【特别提醒】①探测原理方面：探测原