X射线物理学基础（一）教学设计方案

所属学科：材料科学与工程

专 业：材料学、材料加工、材料物理 课 程：现代分析测试方法

适用对象：材料分析测试相关的本科生以及研究生

一、教学内容

本节课的名称为X射线物理学基础，是学习现代分析测试方法的入门，同时也是学生掌握本门课程的关键所在。具体的内容包括：（1）X射线的性质，（2） X射线的产生和X射线谱，（3）特征X射线及其产生的原理，（4）莫塞莱定理及其应用。从具体的内容可以看出，本节教学内容以原理性知识居多，主要以理解为主。 二、学情分析

X射线在我们生活中的应用大多是我们所熟知的医学应用，而在我们材料研究中的应用，学生们可能并不清楚。因此，教学过程中需要先从其所熟知的医学领域引导。学习这一节内容的学生应具有物理学中关于电磁波以及原子模型，尤其是关于原子核外电子的分布特征等基础知识。另外，需要学生具有一定的材料科学基础知识。 三、教学目标

通过本节内容的学习，需要达到的目标有：

1、 掌握X射线的性质、X射线连续谱、X射线特征谱的概念。 2、 理解X射线的产生原理以及特征X射线产生的原理。 3、 掌握莫塞莱定理及其应用。 四、教学重点和难点

教学难点：特征X射线的产生原理 教学重点：1、特征X射线的产生原理

2、莫塞莱定律

五、教学方法

本节课将采取课堂讲解的教学方式，利用多媒体教学手段为学生讲解X射线的物理学基础第一部分内容。 六、教学过程

材料的分析方法类课程是材料学相关专业本科生以及研究生的专业核心课程，课程中的原理性知识较多，对于讲授老师提出了更多的挑战。

为了使学生对本节课程甚至本门课程产生浓厚的兴趣，需要先从生活中出发，引导学生回忆自己身边所接触到的X射线，从而对课程的教学内容产生浓厚的兴趣。然后再引导学生对X射线产生一些疑问，比如X射线是什么等这些问题。要解决这些问题，我需要从X射线的发展史说起。

X射线的发展史包括X射线的发现以及它与晶体学或者材料学的联系，劳埃方程，布拉格方程等。再介绍X射线的性质是电磁波，是电磁波当然就要知道它是如何产生的。引到X射线的产生上，介绍X射线的产生原理，这里要使用动画演示，更加形象化。由X射线产生时的高电压从而引出高电压与后续产生X射线的关系，从而讲到X射线谱，包括X射线连续谱和特征谱。其中特征谱是如何产生的呢？接下来讲解特征X射线的产生原理，同样需要借助动画形象生动地讲解它的产生原理。这里默认学生具有原子核外电子的排布等基础物理知识。在这里需要推导所产生的特征X射线的波长或者频率的公式，公式的推导在教学过程需要一步一步推导，让学生了解其推导过程。最后推导的公式其实就是我们X射线这一部分内容中一个重要的定律：莫塞莱定律。这里要着重介绍一下莫塞莱定律它的物理意义，从其物理意义引出莫塞莱定律的应用：材料的成分分析，从而引出实际学生在做实验时经常用到的两个成分分析工具（但学生可能并不知道他们的原理是基于莫塞莱定律的）。 七、课堂小结

通过这节课的学习，学生们需要了解和掌握X射线的额性质以及X射线谱，包括X射线连续谱和特征谱，同时需要理解特征X射线产生的原理，掌握莫塞莱定律及其应用。

讲课过程中由医学上X射线的应用，激发学生对本门课程的学习兴趣。另外X射线的产生以及特征X射线谱的产生过程如果用普通的语言表述来讲解，学生理解起来可能会较为困难。讲课过程中使用动画形式的多媒体教学工具，使这两

者的产生过程生动、形象，从而使学生能更容易理解。此外，在教学过程中，也将多与学生互动，启发学生动脑思考问题，有效提高教学效果。