19.3 探测射线的方法 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版选修3-5

第十九章 原子核 19.3 探测射线的方法 学习目标： 1、知道放射线的粒子与其他物质作用时产生的一些现象； 2、知道用肉眼不能直接看到的放射线可以用适当的仪器探测到； 3、了解云室、气泡室和计数器的简单构造和基本原理。 重点难点： 1、探测器的结构与基本原理。 2、如何观察实验现象,并根据实验现象，分析粒子的带电、动量、能量等特性，从而判断是何种射线，区分射线的本质是何种粒子。 γ射线 β射线 ɑ射线 电离能力 贯穿能力 速度 成分 氦原子核 高速 电子流 高能量 电磁波 1/10光速 接近光速 光速 弱 较强 很强 很容易 较弱 更小 复习回顾: 放射线是看不见的，我们是如何探知放射线的存在的呢？ 一、方法 射线中的粒子与其他物质作用时产生的现象， 显示射线的存在。 使气体或液体电离 使照相底片感光 使荧光物质生荧光 1、原理： 2、现象举例： 粒子使气体或液体电离，以这些离子为核心，过饱和的蒸汽会产生雾滴，过热液体会产生气泡； 使照相乳胶感光； 使荧光物质产生荧光。 二、探测射线的仪器 2、构造： 3、操作： ——威耳逊云室 一个圆筒状容器，底部可以上下 移动，上盖是透明的，可以通过 它来观察和拍摄粒子运动的径迹，内有干净空气。 先往云室里加入少量酒精，使室内充满酒精的饱和蒸汽； 然后迅速的下拉活塞，室内气体膨胀，对外做功，内能减 小，温度降低， 酒精蒸汽达到 过饱和状态。 在一定温度下，超过该温度饱和汽所应有的密度而仍不液化的蒸气。由于它的密度对应于较高温度时饱和汽的密度，所以过饱和汽又称“过冷蒸气”。 在通常情况下，当温度降低到使未饱和汽成为饱和汽后，如果继续降低环境温度，蒸气就凝结为液体。 过饱和汽是不稳定的，如果其中有凝结核出现，就会马上发生凝结，使蒸气回到饱和状态。 4、工作原理： 射线使气体分子电离，过饱和蒸汽以离子为中心凝结成雾滴，显示运动轨迹。 1、发明者： 英国物理学家 威耳逊1912年发明。 5、三种射线径迹的特点 射线： 特点：直而粗。 原因：①粒子质量大，不易改变方向 ②电离本领大，沿途产生的离子多 射线： 特点：比较细，而且常常弯曲。 原因：①粒子质量小，跟气体碰撞 易改变方向。 ②电离本领小，沿途产生的离子少。 γ粒子的电离本领很小，一般看不到它的径迹 射线 射线 注意：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。 我们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。 二、探测射线的仪器 ——气泡室 1、工作原理： 液体在特定的温度和压力下进行绝热膨胀， 由于在一定的时间间隔内（例如50ms）处于过热 状态，液体不会马上沸腾，这时如果有高速带电 粒子通过液体，在带电粒子所经轨迹上不断与液体原子发生碰撞而产生低能电子，因而形成离子对，这些离子在复合时会引起局部发热，从而以这些离子为核心形成胚胎气泡，经过很短的时间后，胚胎气泡逐渐长大，就沿粒子所经路径留下痕迹。如果这时对其进行拍照，就可以把一连串的气泡拍摄下来，从而得到记录有高能带电粒子轨迹的底片。 照相结束后，在液体沸腾之前，立即压缩工作液体，气泡随之消失，整个系统就很快回到初始状态，准备作下一次探测。 空间和时间分辨率高； 工作循环周期短，本底干净、 径迹清晰，可反复操作。 2、气泡室的优缺点 扫描和测量时间还嫌太长； 体积有限，而且甚为昂贵. 二、探测射线的仪器 ——盖革-米勒计数器 窗口 阴极：导电圆筒 阳极：金属丝 接放大器 粒子 2、结构: 3、常见类型: 3、工作原理: 射线使气体分子电离，产生脉冲放电，放电次数就是进入计数管内粒子的个数。 ①放大倍数大,极灵敏； ②只能用于计数，不能区分射线的种类； ③不适合于极快速的粒子计数； ④对于两个粒子射来的时间间隔小于200μs时，计数器不能将其区分开来。 1、发明者： 德国物理学家盖革与米勒在1928年研制成的，又称G-M计数器。 4、优缺点 优点: 放大倍数很大，非常灵敏，检测方便。 缺点: ①只能用来计数，不能区分射线的种类； ②不适合于极快速的计数； 对于两个粒子射来的时间间隔小于200μs时，计数器不能将其区分开来。 另外，还有如闪烁计数器、乳胶照相、火花室和半导体探测器等探测器装置，利用这些装置能更精确地测定粒子的各种性质，感兴趣的同学可以查找这方面的资料阅读． 随着科学技术的发展，探测射线的