射线的种类及特性

1射线的种类及特性伽马射线伽马射线，或γ射线是原子衰变裂解时放出的射线之一。此种电磁波波长很短，穿透力很强，又携带高能量，容易造成生物体细胞内的DNA断裂进而引起细胞突变、造血功能缺失、癌症等疾病。但是它可以杀死细胞，因此也可以作杀死癌细胞，以作医疗之用。1900年由法国科学家P.V.维拉德（PaulUlrichVillard）发现，将含镭的氯化钡通过阴极射线，从照片记录上看到辐射穿过0.2毫米的铅箔，拉塞福称这一贯穿力非常强的辐射为γ射线，是继α、β射线后发现的第三种原子核射线。1.γ射线波长短于0.2埃的电磁波。由放射性同位素如60Co或137Cs产生。是一种高能电磁波，波长很短（0.001-0.0001nm），穿透力强，射程远，一次可照射很多材料，而且剂量比较均匀，危险性大，必须屏蔽（几个cm的铅板或几米厚的混凝土墙）。2.X射线波长介于紫外线和γ射线间的电磁辐射。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射线。是由x光机产生的高能电磁波。波长比γ射线长，射程略近，穿透力不及γ射线。有危险，应屏蔽（几毫米铅板）。23.β射线由放射性同位素（如32P、35S等）衰变时放出来带负电荷的粒子。在空气中射程短，穿透力弱。在生物体内的电离作用较γ射线、x射线强。β射线是高速运动的电子流0/-1e，贯穿能力很强，电离作用弱，本来物理世界里没有左右之分的，但β射线却有左右之分。在β衰变过程当中，放射性原子核通过发射电子和中微子转变为另一种核，产物中的电子就被称为β粒子。在正β衰变中，原子核内一个质子转变为一个中子，同时释放一个正电子，在“负β衰变”中，原子核内一个中子转变为一个质子，同时释放一个电子，即β粒子。4.中子不带电的粒子流。辐射源为核反应堆、加速器或中子发生器，在原子核受到外来粒子的轰击时产生核反应，从原子核里释放出来。中子按能量大小分为：快中子、慢中子和热中子。中子电离密度大，常常引起大的突变。目前辐射育种中，应用较多的是热中子和快中子。5.紫外光或者紫外线，是一种穿透力很弱的非电离辐射。核酸吸收一定波长的紫外光能量后，呈激发态，使有机化合物加强活动能力，从而引起变异。可用来处理微生物和植物的花粉粒。6.激光二十世纪六十年代发展起来的一种新光源。激光也是一种电磁波。波长较长，能量较低。由于它方向性好，仅0.1°左右偏差，单位面积上亮度高，单色性好，能使生物细胞发3生共振吸收，导致原子、分子能态激发或原子、分子离子化，从而引起生物体内部的变异。各种射线，由于电离密度不同，生物效应是不同的，所引起的变异率也有差别。为了获得较高的有利突变，必须选择适当的射线，但由于射线来源、设备条件和安全等因素，目前最常用的是γ射线和x射线。可见光，红外线，紫外线等，是由源自外层电子引起。伦琴射线由内层电子引起。γ射线是由原子核引起。案例4射线的探测与防护一、教学内容分析1、内容与地位这部分知识属于《普通高中物理课程标准》选修模块“选修2-3”中的第五章第4节内容，是本模块二级主题“原子结构与核技术”中关于原子结构及放射性知识部分的最后一节。通过本节内容的研习，让学生对射线有更切身的感受，并知道射线防护知识，增强自我保护和环境保护的意识。此前的三节学习，学生对原子结构及原子核衰变规律（如半衰期）、放射性同位素的应用等知识已有了解，同时也已接触了相关的力、热、电、磁等相关知识。但是，学生对探测射线4的仪器及射线污染等切身体验和感受不多，所以，在指导学生研习这节内容时，要充分做好可能的实验演示，若确无条件演示，也应利用多媒体将相关仪器加以展示并讲清其原理。让学生了解人类认识微观世界的方法和体会科学与技术的紧密联系。2、教学目标（1）了解现代探测放射线的方法，开拓学生视野。同时让学生了解人类是怎样认识微观世界的。（2）知道简单的放射性防护措施。增强自我防护与环境保护意识。3、教学重点、难点重点：通过对现代几种常用探测射线的方法，包括威耳孙云室、气泡室、计数器等仪器及其探测方法的原理、使用方法等的简要介绍，让学生了解人类认识微观世界的方法和途径，并体会科学与技术的紧密联系。难点：实验的成功演示及方法引申。二、教学案例设计（一）引入新课教师：通过前面的学习，我们知道原子核发生衰变时会放射出α、β、γ等射线，这些射线有着广泛的用途。然而，这5些射线我们看不见也摸不着，当初科学家们是怎么发现并研究这些射线的呢？另外，大家知道射线的广泛用途的同时，可能也知道这些射线也会产生严重污染，那么，我们又是如何对射线进行防护呢？这就是我节课我们要研习的问题。（二）[板书]射线的探测与防护教师：我们可以观察弹簧的形变，可以测量乒乓球的大小，但是，我们用肉眼很难观察玻璃瓶的受力形变，而用肉眼直接观察分子的大小和分子的运动，则更是不可能。可是，现在我们大家对玻璃瓶的微小形变和分子大小及分子运动都有了相当的了解。想想看，我们是如何做到这些的？学生1：我们选用了扁圆形的玻璃瓶，并在瓶里装满红色的墨水，这样就可以通过玻璃的微小形变造成玻璃瓶体积的较大改变，而体积的改变又通过细管液面的升降直观地反映出来。学生2：我们通过单分子油膜法实验，感知分子的大小。学生3：我们借助于显微镜对布朗运动进行分析，间接得知分子运动。教师：对！对一些微小量或无法用肉眼观察的量，我们可以用微小量放大法，也可以通过观察它们产生的效应来感知、研究它们。在我们的学习、生活中，运用这种方法的还有很多，让我们一起再举一些事例来。6学生1：在高空飞行的飞机有时会留下蒸气尾迹，因此，我们看到高空蒸气尾迹，哪怕既没看到飞机也没听到飞机的声音，我们就能断定飞机飞过。而飞行表演，为了增加可见度，更是有意让表演的飞机喷出彩色的气体。学生2：我们在观察光的直进和光的反射和折射现象时，在光的观察区域喷烟或在水中洒些粉笔屑。学生3：我们用在油中悬浮的发屑在电场的分布来感知电场本身的分布情况；我们用一系列小磁针在磁场的分布来感知磁场本身的分布情况。教师：说得好！那么这些方法对我们探测射线，有哪些可以借鉴？学生1：射线能使照相底片感光、我们可以通过底片的曝光情况来探测射线。学生2：射线能使气体电离，我们可以用验电器或已充电的电容器来探知是否有气体电离，进而探测射线。学生3：射线能使荧光物质产生荧光，我们可以用涂有荧光物质的光屏的发光来探测射线。教师：学生2的方法行得通吗？学生：理论上可行，但是，操作上做不到。因为空气里有水汽，会导走电荷；另外，大气里本身也存在一定量的电荷。7教师：说得好。当初科学家们在探测射线问题上也是与今天的同学们一样，根据射线的效应，提出方案—实施方案—改进方案。逐步找到了探测射线的确实可行的办法。下面我们就一起来看书学习4种常用的射线探测技术。（学生看书、并交流讨论，教师巡视、答疑）教师：好！通过刚才的看书与讨论，相信大家都想亲眼目睹这些仪器及其探测射线的情形。下面我们就来做两个演示。（教师介绍并演示威尔逊云室实验；介绍盖革计数器并由学生用它来检测带来的矿石、磁砖等材料的放射性情况。）教师：现在我们一起来完成课本P.83的演示实验。在做实验之前，哪位同学愿意就其中一个或几个问题谈谈自己的看法？学生1：计数器与计数管相连，开启计数器电源后，扬声器应当会发声，因为我们的实验室地面是大理石，水槽用磁砖砌成。这些材料都有放射性。学生2：若把放射源放在计数管附近，扬声器发出的“卡嚓”声的频率更高，频率越高说明放射源的放射性越强。若计数管逐渐离开放射源，射线的强度应当逐渐变弱。学生3：若在放射源与计数管间插入纸张或塑料片，射线变弱则说明有α射线；若插入金属薄片后射线又变弱，则说明8有β射线；而γ射线则需几厘米厚的铅板才能挡住。教师：同学们分析的很好。下面我们就一起来演示分析。（师生共同演示实验，分析现象，并引出本底辐射概念）教师：我们刚才的演示，很好地说明了P.84的例题。下面大家来讨论一下这个例题，并就此归纳出三种射线的穿透本领。（学生阅读讨论例题，归纳交流，教师总结。）教师：正是通过对射线的探测和研究，我们才开发了射线应用的广阔领域。刚才大家亲手探知矿石、磁砖都有放射性，有的放射性还很强。我们知道，这些射线却给我们带来了污染。同学们知道的射线污染事件有哪些？学生1：美国1945年向日本广岛和长崎投掷两枚原子弹，当时就炸死约10万人，在以后的50多年里因放射性污染又死了许多平民。学生2：1987年前苏联的切尔诺贝利核电站的核泄露造成许多人员伤亡。学生3：《北京青年报》2001年9月6日报到小小“钥匙链”放倒13人事件。教师：那么，射线有哪些危害呢？我们又应当如何防护？大家来一起阅读课本。9（学生看书、并交流讨论，教师巡视、答疑）教师：过量的放射性会对环境造成污染，对人类和自然界产生破坏作用。20世纪人们就是在毫无防备的情况下研究放射性，一些科学家如居里夫人因射线污染严重伤害了自身健康。为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们采取了有效的防范措施，如核电站的核反应堆外层用厚厚的水泥来防止放射线的外泄。刚才实验用的放射源镭实验后要放回铅管，我则要用热水、肥皂洗手。通过今天的学习，我希望大家对射线防护有新的认识。（三）小结教师：通过这一节的学习，同学们能不能对射线探测的方法及常用的探测射线仪器进行对比分析？你能想出新的探测法吗？另外，为了防止射线对人体和环境造成污染，同学们通过本节知道了哪些防护措施？三、案例评析这个教学案例的设计将要研习的内容及其渗透的方法与学生的已有经验和已有知识有机地结合起来，增强了学生对探测射线的方法学习的兴趣，通过相关方法手段的对比，促进学生的情感体验，有利于学生形成正确的价值观。从射线能使照相底片感光、使气体电离、使荧光物质产生荧光等三种现象来探知射线的存在其主导思想就是间接观察，10“透过现象看本质”，与力学中的微小形变放大、热学中的布朗运动观察及影视中常见的飞行表演及高空飞机飞过在机后留下的长长的“白烟”进行了有益的类比，进而引出四种常用的探测射线仪器，这是本节课的关键。这样讲探测水到渠成，学生思考既有具体事实为依托，又有理论分析，创新的余地。最后对射线的防护进行了介绍，介绍人中引用第一代研究射线的科学家如居里夫人受射线伤害的事例，让学生了解科学的艰辛与危险，知道只有不畏艰险的人才能攀登科学的高峰。而“钥匙链”的故事又让学生明白射线污染就在我们身边，以引起学生们对射线防护知识的重视，并提高自我防护意识。四、教学资源链接在网络搜索中分别输入“射线的探测”、“射线的防护”、“威尔逊云室”、“盖革计数器”、“居里夫妇与放射医学”、“原子弹”、“核电站”等关键词，从网上搜索关于射线探测与防护知识，从中选择一些合适的内容作为学生的阅读材料。