Giáo án chuyên đề Vật lí 12 chân trời Bài 5: Tia X. Chụp ảnh X-quang và chụp ảnh cắt lớp (CT)

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV sử dụng phương pháp dạy học nêu và giải quyết vấn đề kết hợp với kĩ thuật KWL, chia nhóm để định hướng HS tìm hiểu cách tạo ra và điều khiển tia X và tính chất của tia X  

+ Xác định vấn đề:

• GV đặt câu hỏi gợi mở, định hướng để HS nêu những thông tin đã biết về tia X. 

• HS làm việc cá nhân để điền thông tin vào cột K.

• HS nêu những điều mình cần biết về cách tạo ra tia X và ứng dụng của tia X trong y học vào cột W.

+ Giải quyết vấn đề:

• GV chia lớp thành các nhóm (số lượng nhóm và số thành viên trong từng nhóm phụ thuộc vào tình hình thực tế của lớp học).

• HS làm việc theo nhóm, nghiên cứu thông tin trong SCĐ, quan sát tài liệu đa phương tiện (hình ảnh, video clip,...) về cách tạo ra, điều khiển tia X và một số tính chất của tia X để trình bày câu trả lời vào cột L, đồng thời trả lời câu Thảo luận 1 (SCĐ – tr30). Trình bày các quá trình biến đổi năng lượng diễn ra khi ống phát tia X hoạt động.

+ Báo cáo kết quả:

• HS trình bày kết quả làm việc nhóm có thể bằng nhiều hình thức: viết, vẽ sơ đồ tư duy,... 

• Đại diện 2 – 3 nhóm HS trình bày trước lớp sản phẩm của nhóm mình. Các nhóm HS còn lại nhận xét và bổ sung.

- GV nhận xét, đánh giá. Sau đó, GV tổng kết lại kiến thức và yêu cầu HS ghi vào vở. 

* Lưu ý: GV có thể tham khảo mẫu KWL đính kèm cuối hoạt động.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*Trả lời Thảo luận 1 (SCĐ – tr30)

Các quá trình biến đổi năng lượng diễn ra khi ống phát tia X hoạt động

- Điện năng được dùng nung nóng cathode để phát ra các electron.

- Electron sau khi thoát ra khỏi cathode được gia tốc bởi điện trường đến va chạm với đối cathode. Trong quá trình này, điện năng được chuyển hoá thành động năng của electron. – Khi electron va chạm với đối cathode, động năng của electron chủ yếu chuyển thành nhiệt năng làm nóng đối cathode và năng lượng của tia X được phát ra.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Phương pháp tạo ra, điều khiển tia X và tính chất của tia X. 

- GV chuyển sang nội dung Sự suy giảm tia X.

1. TIA X 

• Phương pháp tạo ra và điều khiển tia X 

- Tia X là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn được phát ra trong quá trình tương tác giữa các electron năng lượng cao và đối cathode. 

- Trong ống phát tia X, các electron phát xạ từ cathode bị nung nóng được gia tốc qua hiệu điện thế lớn và đập vào đối cathode chịu nhiệt, làm phát ra tia X (còn gọi là bức xạ hãm). 

• Tính chất của tia X 

- Có thể truyền trong chân không.

- Không bị lệch trong điện trường và từ trường.

- Mang năng lượng cao, do đó có khả năng đâm xuyên mạnh. 

- Có tác dụng mạnh lên kính ảnh, làm ion hoá không khí.

- Có tác dụng làm phát quang một số chất.

- Có tác dụng sinh lí mạnh: huỷ diệt tế bào, diệt vi khuẩn....

K

W

L

- Tia X: 

+ Là một loại bức xạ điện từ

+ Được ứng dụng nhiều trong y học (chụp X – quang) và trong máy quét an ninh ở sân bay 

- Cách tạo ra tia X và ứng dụng của tia X trong y học 

- Các tính chất nổi bật của tia X là gì? 

- Cấu tạo của ống phát tia X. 

– Một số tính chất nổi bật của tia X:

+ Có bản chất là sóng điện từ nên có thể truyền trong chân không.

+ Không mang điện tích vì thế không bị lệch trong điện trường và từ trường.

+ Mang năng lượng cao, do đó có khả năng đâm xuyên mạnh. Tia X có thể đâm xuyên qua tấm nhôm dày vài cm, nhưng lại bị cản lại bởi lớp chì dày vài mm. Do đó, người ta thường dùng chì để làm vật liệu che chắn tia X.

+ Có tác dụng mạnh lên kính ảnh, làm ion hoá không khí.

+ Có tác dụng làm phát quang một số chất.

+ Có tác dụng sinh lí mạnh: huỷ diệt tế bào, diệt vi khuẩn,...

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận nhóm đôi thực hiện các nhiệm vụ sau: 

+ Nghiên cứu SCĐ, thảo luận và trình bày về sự suy giảm của tia X 

+ Trả lời câu hỏi Luyện tập (SCĐ – tr32) Chiếu một chùm tia X có cường độ 30 W/m² qua một phần mô xương có bề dày là 5 mm. Tính cường độ chùm tia X sau khi truyền qua phần mô xương đó, biết hệ số hấp thụ của xương đối với chùm tia X đó là 600 m^-1.

- GV nhận xét, đánh giá và tổng kết lại kiến thức, yêu cầu HS ghi vào vở. 

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV quan sát, hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*Trả lời Luyện tập (SCĐ – tr30)

Cường độ chùm tia X sau khi truyền qua phần mô xương có bề dày 5mm: 

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Sự suy giảm tia X 

- GV chuyển sang nội dung Đường sức từ.

• Sự suy giảm tia X 

-  Cường độ tia X khi truyền qua vật chất suy giảm theo quy luật hàm số mũ: 

Trong đó: I₀ và I lần lượt là cường độ ban đầu của tia X và cường độ của tia X sau khi truyền qua một lớp vật chất có bề dày x, 

                 là hệ số hấp thụ tia X của vật chất 

- Đơn vị của cường độ tia X là W/m²

HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS

DỰ KIẾN SẢN PHẨM

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV có thể tổ chức dạy học theo dự án và HS được phép sử dụng internet để tìm kiếm thông tin.: 

-  GV chia lớp thành 4 nhóm và yêu cầu mỗi nhóm cử đại diện bốc thăm ngẫu nhiên để chọn một trong các dự án học tập sau:

+   Dự án 1: Trả lời câu Vận dụng (SCĐ – tr32) Dựa vào công thức (5.1), giải thích sự tạo thành hình ảnh X-quang ở Hình 5.2a.

+  Dự án 2: Tìm hiểu và trình bày ứng dụng của tia X trong y học. Trả lời câu Thảo luận 2 (SCĐ – tr32). Giải thích tại sao chụp ảnh X-quang liên tục trong một khoảng thời gian ngắn sẽ có hại đến sức khoẻ bệnh nhân.

+ Dự án 3: Tìm hiểu và trình bày ứng dụng của tia X trong khoa học.

+ Dự án 4: Trả lời câu Vận dụng (SCĐ – tr33) Tìm hiểu trên sách, báo, internet để trình bày một số ứng dụng khác của tia X trong đời sống và khoa học. Gợi ý: Tia X có thể được sử dụng để kiểm tra khuyết tật mối hàn kim loại hoặc các sản phẩm công nghiệp (vết nứt trong các vật đúc, bọt khí trong các vật thể bằng kim loại); máy quét tia X được sử dụng trong kiểm soát an ninh (Hình 5.7).

- GV nhận xét, đánh giá và tổng kết lại kiến thức, yêu cầu HS ghi vào vở. 

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS đọc thông tin SCĐ sau đó trao đổi, thảo luận trả lời các câu hỏi mà GV đưa ra.

- GV có thể gợi ý HS trình bày dự án theo mẫu sau: 

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- GV mời đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận:

*Trả lời Vận dụng (SCĐ – tr32)

Theo công thức (5.1) và Bảng 5.1, ta thấy chùm tia X khi truyền qua mô xương bị suy giảm nhiều hơn so với khi truyền qua mô mềm. Do đó, cường độ chùm tia X sau khi truyền qua các mô này là khác nhau và mức độ tác động lên phim chụp cũng khác nhau, dẫn đến các vùng đậm nhạt trên phim chụp và tạo ra hình ảnh X-quang như Hình 5.2a

*Trả lời Thảo luận 2 (SCĐ – tr32)

Tia X là sóng điện từ có bước sóng rất ngắn nên có khả năng đâm xuyên mạnh, nó có thể huỷ diệt tế bào hoặc mô mềm bên trong cơ thể, làm tổn thương các cơ quan trong cơ thể. Việc tiếp xúc tia X trong một thời gian dài có thể gây ra các tổn thương đối với tuỷ xương hoặc tổn thương ADN, gây ra ung thư. Do đó, việc chụp ảnh X-quang nhiều lần trong một khoảng thời gian ngắn sẽ có hại đến sức khoẻ của bệnh nhân.

*Trả lời Vận dụng (SCĐ – tr33)

Một số ứng dụng khác của tia X trong đời sống và trong khoa học:

+ Soi chiếu để kiểm soát an ninh tại sân bay, cửa khẩu và những nơi cần kiểm soát an ninh chặt chẽ.

+ Kiểm tra để phát hiện khiếm khuyết trên bề mặt các sản phẩm công nghiệp (ví dụ: mối hàn, bề mặt vật đúc,...).

+ Xạ trị ung thư nông (gần da). 

+Chụp ảnh nhiễu xạ tia X nghiên cứu cấu trúc tinh thể.

- GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. 

Bước 4: Đánh giá kết quả, thực hiện nhiệm vụ học tập

- Từ kết quả thảo luận của nhóm, GV nhận xét, đánh giá quá trình HS thực hiện nhiệm vụ.

- GV kết luận về nội dung Ứng dụng của tia X trong y học 

- GV chuyển sang nội dung Tìm hiểu cấu tạo máy chụp ảnh X – quang và kĩ thuật chụp

• Ứng dụng của tia X trong y học 

-  Tia X có vai trò quan trọng trong đời sống và trong khoa học: 

+  chụp X-quang trong y học; 

+  soi chiếu để kiểm soát an ninh;

+ kiểm tra khuyết tật trên bề mặt các sản phẩm công nghiệp;

+nghiên cứu cấu trúc tinh thể; 

+  xạ trị ung thư nông;...