两个原理在放射物理教学中引入及应用.docVIP

两个原理在放射物理教学中引入及应用作者简介:周晓东(1958-),男,襄樊职业技术学院副教授,研究方向:辐射防护。? 【摘要】《医学影像物理与防护》作为高职医学影像技术专业的专业基础课,其放射物理部分常常成为学生学习的拦路虎。本文在怎样将泡利不相容原理、能量最低原理引入与应用,并起到提纲挈领作用方面作了探讨。? 【关键词】医学教育;放射物理;原理;方法? doi:10.3969/j.issn.1006-1959.2010.09.305文章编号:1006-1959(2010)-09-2549-02 《医学影像物理与防护》是高职医学影像技术专业的专业基础课,也是该专业课程设置中的第一门专业课。其教学内容大致可分为放射物理、辐射剂量测量、辐射防护三大部分。其中放射物理部分,不仅是后两个部分的教学基础,还承担着为后续专业课教学奠定基础的作用,因此,其教学地位和作用不言而喻。然而,作为拦路虎的放射物理部分,教学内容如何组织才算科学、合理,不同版本的教材有着不同的思路,笔者对此作了初步的探索与总结,愿在此与同行讨论。? 1.问题的提出? 高职生源由于共知的原因,不少学生理科知识基础相对较弱,面对不可回避的放射物理部分,尤其是原子结构与电离辐射,要使学生牢固掌握原子的组成与基本结构,能级、基态、激发、跃迁、电离等抽象的知识与概念,并将其与后续的X线产生、应用与防护等发生联系、留下伏笔,有无能起到提纲挈领、触“景”生“情”,老师好教、学生好学的教学内容及方法呢?实践中,笔者采用将泡利不相容原理、能量最低原理作为主线,将相关知识点有机融入其中的方式,取得了较满意的教学效果。? 2.泡利不相容原理的引入与应用? 2.1原理引入。泡利不相容原理是美籍奥地利物理学家泡利与1925年,根据光谱实验的事实总结提出的。泡利不相 容原理告诉我们,一个电子的运动状态要从它所处的电子层、电子亚层、电子云的伸展方向以及电子的自旋方向4个方面来进行描述。即在同一个原子中没有也不可能有运动状态完全相同的两个电子存在。根据这个规则,如果两个电子处于同一轨道,这两个电子的自旋方向必定相反。也就是说,每一个轨道中只能容纳两个自旋方向相反的电子。? 2.2原理应用。该原理引入,在教学上主要是为了解决以泡利不相容原理这个“点”带原子的组成与基本结构这个“面”而设计的。根据教学需要,将泡利不相容原理总结为:根据泡利不相容原理,在原子内部,每壳层上的电子数最多的可能数是2n??2?个,并且最外层的电子数不得超过8个。当K层为最外层时,不超过2个。这个“点”确定后,再将这个点向原子的组成与基本结构延伸,总结为:原子是由位于原子中心,带正电的原子核和绕核高速旋转的带负电的电子所构成。原子核又是由带正电的质子和不带电的中子组成。核外电子处于绕核的不连续壳层中,从内向外依次为K、L、M层,还可能有N、O、P、Q等壳层。? 正常情况下,原子核内的质子与核外的电子,电量相等、电性相反,故原子对外显中性。? 3.能量最低原理的引入与应用? 3.1原理引入。这是一个核外电子排布遵循的重要原理。能量最低原理告诉我们,基态多电子原子在进行核外电子的填充时,在不违背泡利不相容原理的前提下,总是尽可能的优先占据能量最低的轨道,只有这样,整个原子体系的能量才是最低的,原子也才是最稳定的。根据能量最低原理,核外电子总是按照能级图中原子轨道的能量顺序依次从低到高填充的。? 3.2原理应用。该原理引入,在教学方法上主要是为了解决以能量最低原理这个“点”带原子的能级、基态、激发、跃迁、电离等核外电子排布抽象的概念与知识这个“面”而设计的。根据教学需要,将能量最低原理总结为:根据能量最低原理,在原子内部,以不违背泡利不相容原理为前提,核外电子的排布总是按原子轨道的能量顺序依次从低到高填充。再将这个点向原子的能级、基态、激发、跃迁、电离延伸,依次总结为:? 3.2.1基态:当原子处于最低能量时的状态。(原子既不吸收外来能量也不向外释放能量的状态)。? 3.2.2激发:当原子吸收一定大小的能量(某两个能级之差的能量)后,电子将自发地过渡到某一较高的能级的过程。? 3.2.3跃迁:当原子处于激发态时,外层电子或自由电子将自发地填充其空位,同时,放出一个能量等于两能级之差的hν光子的过程。? 3.2.4电离:当原子中的电子吸收的能量大于其结合能时,离开原子成为自由电子的过程。? 4.总结? 泡利不相容原理、能量最低原理是关于原子核外电子排布最基本的原理。将两个原理引入《医学影像物理与防护》的放射物理部分后,使得微观世界里原本抽象、分散的原子的组成与基本结构,能级、基态、激发、跃迁、电离等知识与概念,变得