第二节 原子核的组成（导学案）物理沪科版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦“原子核的组成”，核心内容涵盖质子与中子的发现过程、原子核的构成（质子、中子统称核子）、同位素概念及应用。通过回顾卢瑟福α粒子散射实验引出原子核结构探究，以“假说-实验-验证”为主线，搭建从原子结构到核反应规律的学习支架。 资料亮点显著，融入卢瑟福实验装置图、布拉凯特云室径迹照片等实验情境，设置“α粒子径迹分叉原因”等思考讨论题，结合STSE实例（呼气法检测幽门螺旋杆菌）。注重科学探究（实验证据分析）与科学思维（模型建构、推理），助力学生理解核反应守恒规律，培养科学论证能力，习题针对性强，有效巩固物理观念。

第2节 原子核的组成 导学案 1．本节主要讨论原子核的结构，介绍质子和中子的发现，引入同位素的概念，对同位素的应用作简单介绍。 1． 卢瑟福根据金箔的 α 粒子散射实验，提出原子由原子核及核外电子组成。进一步的实验发现，原子核虽然尺度很小（只有 10−15 m），但仍具有结构。利用较高能量的 α 粒子等粒子轰击原子，可以使原子电离，进而确定原子是由原子核及核外电子构成的。 【知识回顾】 一、质子的发现 1．卢瑟福，（人名）利用 α 粒子轰击氮原子核发现了氢原子核，也就是质子，用符号11H或 11p 表示。 2．（人工）核反应：利用一定能量的粒子轰击原子核，实现原子核结构转变的过程。核反应的过程遵循质量数和电荷数守恒。 3．发现质子的核反应方程：147N + 42He→178O+11H。（α 粒子轰击氮核） 布拉凯特所摄的云室照片 短而粗的是 178O 的径迹 细而长的是  11H 的径迹 卢瑟福发现质子的实验装置示意图 T T 银箔 吸收α粒子 荧光屏 氮气 氮气 放射源放出 α粒子 显微镜 二、中子的发现 1．卢瑟福的中子假说：猜想原子核内可能存在由一个电子和一个质子紧密结合的中性双子，这种中性双子的质量近似等于一个质子的质量。 2．查德威克（人名）通过实验验证了中子的存在，中子用 10n 表示。 3．发现中子的核反应方程：94Be + 42He→126C+10n。（α 粒子轰击铍核） 三、原子核的组成 Comment by fj: 1．质子，中子，核子 2．核子数，质子数，中子数 3．电子，序数中子 质子 原子核 l．原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成，它们统称为核子。 2．原子核的质量数 A =核子数 = _质子数（Z） + 中子数 数（N）。 3．原子核的电荷数 Z = 质子数 = 核外电子数 = 元素的原子序数。 【自主预习】 5、核反应 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 衰变 自发 衰变 自发 人工转变 人工控制 （卢瑟福发现质子） （查德威克发现中子） 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 重核裂变 容易控制 轻核聚变 现阶段很难控制 思考与讨论： 质子的发现 1914 年，卢瑟福的学生在实验中发现，有些 α 粒子穿越空气时的距离竟然长达 40 cm，远超过 α 粒子在空气中一般的穿越距离。这是什么原因呢？ 卢瑟福对此进行了深入而细致的研究。1917 年至 1919 年间，卢瑟福再度利用 α 射线作为“探针”成功地“击破”了原子核，解决了这一问题。 图 15 – 7 为卢瑟福的实验装置示意图。容器 C 中放置着放射性物质 A，A 可以在底座支架上左右移动，并可以由底座上的标尺测出 A 离开银箔 F 的距离。从 A 中射出的 α 粒子可以射到 F 上。当 F 厚度适当时，α 粒子恰好可以被 F 完全吸收而不能透过 F。F 后放置一荧光屏 S，通过 S 后的显微镜 M 可以观察 S 上是否发生由粒子入射引起的闪光。C 上的两个阀门 T 可以分别向 C 内充入或抽出氮气。 图 15 – 7 卢瑟福发现质子的实验装置示意图 T T A F S M C 卢瑟福经过研究发现，荧光屏 S 上的闪光是 α 粒子击中氮原子核后产生的新粒子透过银箔所致。将这种新粒子引进磁场和电场，可以确认是氢原子核，也就是质子，用符号 11H 或 p 表示。这是历史上第一次利用一定能量的粒子轰击原子核，实现原子核结构转变的过程。我们将这样的过程称为核反应（nuclear reaction）。核反应的过程也遵循质量数和电荷数守恒的规律。 对上述质子产生的机制曾有两种不同的猜测：一种是 α 粒子直接从氮原子核中打出了 质子，同时 α 粒子被氮原子核散射；另一种是 α 粒子打进氮原子核后形成的复合核衰变放出了质子。1925 年，英国物理学家布拉凯特（P. Blackett，1897—1974）又在充有氮气的云室中重做了这个实验。布拉凯特拍摄了 2 万多张云室照片，从 40 多万条 α 粒子的径迹中，发现有 8 条产生了两分叉的情况。如图 15–8 所示，分叉后细而长的是 11H 的径迹，短而粗的是 178O 的径迹，由此证明后一种猜测是正确的。卢瑟福发现质子的核反应可以写成图 15 – 8 布拉凯特所摄的云室照片 N + He → O + H 大家谈 为何 40 万条 α 粒子的径迹仅有 8 条产生了分叉的情况？若按第一种猜测，α 粒子击中氮原子核后径迹的情况又如何？请谈谈你对这两个问题的观点。 卢瑟福和他的助手又用类似的方法实现了硼、氟、钠、铝、磷等原子核的人工转变，并且都产生了质子，由此可以判定质子是原子核的组成部分。 图 15 – 9 云室 接直流高压电源 干冰 α射线源 (a) (b) 云室是一种早期的核辐射探测仪器。如图 15 – 9（a）所示，在一个圆柱形容器内放入 α 射线源，盖上玻璃板，将它放在干冰上。在粒子通过的路径上，空气分子被电离，成为凝结核，生成雾珠从而显示出带电粒子的径迹（犹如夜晚温度降低时会起雾一样）。如图 15 –9（b） 拓 展 视 野 所示，从 α 射线源发出的一缕缕辐射状的直线就是 α 射线的径迹。 中子的发现 人们用质谱仪测量发现，原子核的质量都是质子数的整数倍。结合质子的发现，有人认为原子核全是由质子组成的。但大量事实表明，多数原子核的电荷数都小于质量数。例如，氦原子核的质量数是 4，电荷数是 2。 卢瑟福猜想原子核内可能存在由一个电子和一个质子紧密结合的中性双子，这种中性 双子的质量近似等于一个质子的质量。卢瑟福认为，要解释原子核的组成，这种中性双子的存在几乎是必需的。他还将这种还未被实验发现的粒子称为中子。图 15 – 10 查德威克（J. Chadwick，1891—1974） 1930 年，德国物理学家用 α 粒子轰击铍原子核，获得一种穿透性极强的、不带电的射线，他们认为这是一种 γ 射线。不久，法国居里实验室的约里奥 – 居里夫妇（F. Juliot-Curie，1897—1956 和 I. Juliot-Curie，1900—1958）发现，如果用来自铍的这种射线轰击含氢的石蜡，竟然能将质子从石蜡中打出来。他们依然认为这种穿透性极强的射线是 γ 射线。 卢瑟福的学生查德威克（图 15 – 10）自 1921 年起就致力于寻找中子的研究工作。查德威克采用新的探测仪器再度做了上述实验，并仔细地复核实验的有关数据。他确信，如果实验中放出的是 γ 射线，则实验数据不符合动量守恒和能量守恒，除非假定这种射线是一种质量接近质子的中性粒子流。他进一步用云室和质谱仪进行研究，发现射线中粒子的质量为 1.674 920×10−27 kg（质子的质量为 1.672 614×10−27 kg），确实与质子的质量十分接近，中子终于“现形”了。然而中子并不是卢瑟福所想象的中性双子，我们用 n 表示中子。 发现中子的核反应方程是 Be + He → C + n 实验证实，从许多原子核中都能打出中子，可见中子也是原子核的组成部分。 中子的发现为原子核模型理论提供重要的证据，引发了人工放射性、慢中子和核裂变的研究，为人类打开了利用核能的大门。 许多科学家用中子代替 α 粒子轰击原子核，发现中子更容易打进原子核。请对此加以解释。 自 主 活 动 同位素中子 图 15 – 11 原子核模型 质子 原子核 中子被发现后，原子核由质子和中子组成（图 15 – 11）的观点得到了公认。我们将质子和中子统称为核子（nucleon）。由于中子不带电，质子和中子的质量几乎相等，都等于一个原子质量单位，所以原子核的电荷数就等于它的质子数，原子核的质量数就等于它的核子数。 原子核中没有电子，但发生 β 衰变时，原子核放出 1 个电子的同时，核内的中子数减少 1 而质子数增加 1。请对此加以分析并写出相应的核反应方程。 自 主 活 动 具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素（isotope）。例如，116C、126C、136C、146C、156C 都是碳的同位素，但碳的各种同位素在自然界中的含量不同。譬如自然界中碳 12 是含量最多的碳同位素，占碳元素总量的 98.9%。同位素的化学性质相同。有些同位素具有放射性，称为放射性同位素。 STSE 呼气法是检测幽门螺旋杆菌的常用方法。被测试者口服含有碳同位素的尿素胶囊，如果胃部存在幽门螺旋杆菌，尿素胶囊就会被幽门螺旋杆菌分泌的尿素酶水解，形成二氧化碳随血液进入肺部并以气体排出。尿素中除了碳 12 外还分别加入了微量的碳 14 或碳 13 以区别正常呼吸气体中的碳元素（正常呼吸气体中几乎没有碳 14 和碳 13）。检测被测试者呼出气体中是否有碳 14 或碳 13 即可判断被测试者胃部是否有幽门螺旋杆菌。 人工放射性 1932 年，美国物理学家安德森（C. D. Anderson，1905—1991）发现正电子。正电子的质量和电荷量大小与电子相同，但电性与电子相反，正电子的符号是 01e，它是人类发现的首个反物质基本粒子。 1934 年，约里奥 – 居里夫妇用 α 粒子轰击铝箔后，除了探测到正常的中子以外，还意外地探测到正电子。更令他们感到吃惊的是，移走 α 放射源后，铝箔不再放出中子，但继续放出正电子。而且这种放射性随时间衰减的规律与放射性衰变一样，也有确定的半衰期。铝原子核被 α 粒子轰击后发生的核反应是 Al + He → P + n 这一核反应的生成物磷 30 具有放射性，发生正电子衰变，衰变方程是 P → Si + e 磷 30 是首个通过人工方法获得的放射性同位素，这是一个重要发现。此后，科学家用质子、氘核、中子和 γ 粒子轰击原子核，也都得到了放射性同位素。此前，我们已经知道原子序数大于 83 的天然存在的元素都具有放射性。事实上，天然放射性元素只有 40 多种，原子序数超过 92 的放射性同位素都是通过人工方法获得的。现在，利用原子能反应堆和粒子加速器生成的同位素已经超过 2 000 种，每种元素都有放射性同位素。 放射性同位素的应用 放射性同位素在科学研究和人们的日常生活中得到了广泛的应用。利用射线的穿透能力与物质密度、厚度的关系可以检查各种产品厚度、密封在容器中的液面高度等。 放射性同位素放出的射线会致癌，但我们也用射线对某些癌症患者进行放射性治疗（放疗）。射线对迅速生长的癌细胞有破坏作用，但同时也会破坏周边的正常细胞。因此，放射性治疗会对患者产生副作用。为了减少副作用，临床上需要先对肿瘤定位，然后用很细的 γ 射线或 X 射线来照射肿瘤。如图 15 – 12 所示，当射线对准肿瘤所在部位后，往往采用使放射源或患者身体旋转的方式使射线充分照射肿瘤的各个部分，同时又使射线的剂量尽可能降低。临床上一般用钴 60 或 X 射线机所产生的 0.2 ~ 5 MeV 能量的光子束进行放疗。 在某种元素中掺进适量的放射性同位素，放射性同位素会跟随这种元素一起运动。通过探测放射性同位素放出的射线，就可以知道这种元素的踪迹。我们将作这种用途的放射性同位素称为示踪原子。 1965 年 9 月，我国科学家完成了结晶牛胰岛素的人工全合成，这是世界上第一个人工合成的蛋白质，为人类认识生命、揭开生命奥秘迈出了可喜的一大步（图 15 –13）。在合成的过程中，科学家将碳 14 作为示踪原子掺入人工合成的牛胰岛素并与天然牛胰岛素混合，经过多次结晶，得到了碳 14 均匀分布的牛胰岛素结晶，证明人工牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质。图 15 – 12 患者正在进行放射性治疗 图 15 – 13人工全合成结晶牛胰岛素五十周年纪念邮票 一、单选题 1．下列说法中正确的是（　　） A．玛丽·居里首先提出原子的核式结构 B．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子 C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子 D．爱因斯坦为解释原子的核式结构提出了核式结构学说 【答案】C 【详解】AB．卢瑟福和其合作者盖革与马斯顿所进行的α粒子散射实验，最终提出了原子的核式结构模型，汤姆生在实验中发现了电子，故AB错误； C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子，故C正确； D．爱因斯坦为解释光电效应现象提出了光子说，故D错误。 故选C。 2．静止在匀强磁场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与磁场方向垂直，且经过一定时间后形成的轨迹如图所示。那么碳14的核反应方程可能是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】由于两个轨迹为内切圆，放出的粒子和反冲核的速度方向相反，由左手定则可知，它们一个正电荷一个负电荷。 故选C。 3．下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（   ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】A．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为 故A符合题意； B．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为 故B不符合题意； C．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为 故C不符合题意； D．根据电荷数和质量数守恒知，核反应方程为 故D不符合题意。 故选A。 4．英国物理学家查德威克用粒子轰击铍（Be）时发现了（　　） A．电子 B．质子 C．中子 D．原子核 【答案】C 【详解】英国物理学家查德威克用粒子轰击铍（Be）时发现了中子，核反应方程为 C正确。 故选C。 5．核反应方程：中的 X 是（   ） A．质子H B．正电子 e C．电子e D．中子n 【答案】B 【详解】根据质量数电荷数守恒，可写出该核反应方程为 所以X是正电子。 故选B。 6．1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验，发现了（　　） A．质子 B．中子 C．电子 D．核子 【答案】A 【详解】1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验，发现了质子，反应方程为 故选A。 7．用α粒子轰击铍Be时会得到新的原子核C并同时放出一种射线，该射线是（　　） A．质子流 B．电子流 C．中子流 D．光子流 【答案】C 【详解】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，这种粒子的质量数为 4+9-12=1 电荷数为 2+4-6=0 即为中子。 故选C。 8．同位素有相同的（　　） A．中子数 B．质子数 C．核子数 D．质量数 【答案】B 【详解】同位素具有相同的质子数，不同的中子数，所以核子数和质量数不同。 故选B。 9．揭示原子核还可以再分的事实是（　　） A．电子的发现 B．质子的发现 C．天然放射性现象的发现 D．中子的发现 【答案】C 【详解】A．电子的发现揭示了原子可以再分，A错误； B．质子的发现揭开了原子物理的新篇章，B错误； C．贝克勒尔发现了天然放射现象，说明了原子核内具有复杂的结构，揭示了原子核可以再分，C正确； D．中子的发现使人类对原子核的结构产生了更加深入的认识，D错误。 故选C。 10．银河系中存在大量的放射性同位素铝26，其衰变方程为，则Y是（　　） A．氦核 B．中子 C．质子 D．正电子 【答案】D 【详解】根据衰变方程可知，Y的质量数为0，电荷数为+1，所以Y是正电子，故D正确，ABC错误。 故选D。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 原子核的组成 导学案 1．本节主要讨论原子核的结构，介绍质子和中子的发现，引入同位素的概念，对同位素的应用作简单介绍。 1． 卢瑟福根据金箔的 α 粒子散射实验，提出原子由原子核及核外电子组成。进一步的实验发现，原子核虽然尺度很小（只有 10−15 m），但仍具有结构。利用较高能量的 α 粒子等粒子轰击原子，可以使原子电离，进而确定原子是由原子核及核外电子构成的。 【知识回顾】 一、质子的发现 1．__________（人名）利用 α 粒子轰击氮原子核发现了氢原子核，也就是__________，用符号__________或 11p 表示。 2．（人工）核反应：利用一定能量的粒子轰击原子核，实现原子核结构转变的过程。核反应的过程遵循质量数和电荷数守恒。 3．发现质子的核反应方程：147N + 42He→______+_______。（α 粒子轰击_____核） 布拉凯特所摄的云室照片 短而粗的是 178O 的径迹 细而长的是  11H 的径迹 卢瑟福发现质子的实验装置示意图 T T 银箔 吸收α粒子 荧光屏 氮气 氮气 放射源放出 α粒子 显微镜 二、中子的发现 1．卢瑟福的中子假说：猜想原子核内可能存在由一个电子和一个质子紧密结合的中性双子，这种中性双子的质量近似等于一个质子的质量。 2．__________（人名）通过实验验证了中子的存在，中子用 10n 表示。 3．发现中子的核反应方程：94Be + 42He→_______+______。（α 粒子轰击_____核） 三、原子核的组成中子 质子 原子核 l．原子核是由带正电的__________和不带电的__________组成，它们统称为__________。 2．原子核的质量数 A = _________数 = ________数（Z） + _________数（N）。 3．原子核的电荷数 Z = 质子数 = 核外_________数 = 元素的原子__________。 【自主预习】 5、核反应 类型 可控性 核反应方程典例 衰变 衰变 自发 衰变 自发 人工转变 人工控制 （卢瑟福发现质子） （查德威克发现中子） 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 重核裂变 容易控制 轻核聚变 现阶段很难控制 思考与讨论： 质子的发现 1914 年，卢瑟福的学生在实验中发现，有些 α 粒子穿越空气时的距离竟然长达 40 cm，远超过 α 粒子在空气中一般的穿越距离。这是什么原因呢？ 卢瑟福对此进行了深入而细致的研究。1917 年至 1919 年间，卢瑟福再度利用 α 射线作为“探针”成功地“击破”了原子核，解决了这一问题。 图 15 – 7 为卢瑟福的实验装置示意图。容器 C 中放置着放射性物质 A，A 可以在底座支架上左右移动，并可以由底座上的标尺测出 A 离开银箔 F 的距离。从 A 中射出的 α 粒子可以射到 F 上。当 F 厚度适当时，α 粒子恰好可以被 F 完全吸收而不能透过 F。F 后放置一荧光屏 S，通过 S 后的显微镜 M 可以观察 S 上是否发生由粒子入射引起的闪光。C 上的两个阀门 T 可以分别向 C 内充入或抽出氮气。 图 15 – 7 卢瑟福发现质子的实验装置示意图 T T A F S M C 卢瑟福经过研究发现，荧光屏 S 上的闪光是 α 粒子击中氮原子核后产生的新粒子透过银箔所致。将这种新粒子引进磁场和电场，可以确认是氢原子核，也就是质子，用符号 11H 或 p 表示。这是历史上第一次利用一定能量的粒子轰击原子核，实现原子核结构转变的过程。我们将这样的过程称为核反应（nuclear reaction）。核反应的过程也遵循质量数和电荷数守恒的规律。 对上述质子产生的机制曾有两种不同的猜测：一种是 α 粒子直接从氮原子核中打出了 质子，同时 α 粒子被氮原子核散射；另一种是 α 粒子打进氮原子核后形成的复合核衰变放出了质子。1925 年，英国物理学家布拉凯特（P. Blackett，1897—1974）又在充有氮气的云室中重做了这个实验。布拉凯特拍摄了 2 万多张云室照片，从 40 多万条 α 粒子的径迹中，发现有 8 条产生了两分叉的情况。如图 15–8 所示，分叉后细而长的是 11H 的径迹，短而粗的是 178O 的径迹，由此证明后一种猜测是正确的。卢瑟福发现质子的核反应可以写成图 15 – 8 布拉凯特所摄的云室照片 N + He → O + H 大家谈 为何 40 万条 α 粒子的径迹仅有 8 条产生了分叉的情况？若按第一种猜测，α 粒子击中氮原子核后径迹的情况又如何？请谈谈你对这两个问题的观点。 卢瑟福和他的助手又用类似的方法实现了硼、氟、钠、铝、磷等原子核的人工转变，并且都产生了质子，由此可以判定质子是原子核的组成部分。 图 15 – 9 云室 接直流高压电源 干冰 α射线源 (a) (b) 云室是一种早期的核辐射探测仪器。如图 15 – 9（a）所示，在一个圆柱形容器内放入 α 射线源，盖上玻璃板，将它放在干冰上。在粒子通过的路径上，空气分子被电离，成为凝结核，生成雾珠从而显示出带电粒子的径迹（犹如夜晚温度降低时会起雾一样）。如图 15 –9（b） 拓 展 视 野 所示，从 α 射线源发出的一缕缕辐射状的直线就是 α 射线的径迹。 中子的发现 人们用质谱仪测量发现，原子核的质量都是质子数的整数倍。结合质子的发现，有人认为原子核全是由质子组成的。但大量事实表明，多数原子核的电荷数都小于质量数。例如，氦原子核的质量数是 4，电荷数是 2。 卢瑟福猜想原子核内可能存在由一个电子和一个质子紧密结合的中性双子，这种中性 双子的质量近似等于一个质子的质量。卢瑟福认为，要解释原子核的组成，这种中性双子的存在几乎是必需的。他还将这种还未被实验发现的粒子称为中子。图 15 – 10 查德威克（J. Chadwick，1891—1974） 1930 年，德国物理学家用 α 粒子轰击铍原子核，获得一种穿透性极强的、不带电的射线，他们认为这是一种 γ 射线。不久，法国居里实验室的约里奥 – 居里夫妇（F. Juliot-Curie，1897—1956 和 I. Juliot-Curie，1900—1958）发现，如果用来自铍的这种射线轰击含氢的石蜡，竟然能将质子从石蜡中打出来。他们依然认为这种穿透性极强的射线是 γ 射线。 卢瑟福的学生查德威克（图 15 – 10）自 1921 年起就致力于寻找中子的研究工作。查德威克采用新的探测仪器再度做了上述实验，并仔细地复核实验的有关数据。他确信，如果实验中放出的是 γ 射线，则实验数据不符合动量守恒和能量守恒，除非假定这种射线是一种质量接近质子的中性粒子流。他进一步用云室和质谱仪进行研究，发现射线中粒子的质量为 1.674 920×10−27 kg（质子的质量为 1.672 614×10−27 kg），确实与质子的质量十分接近，中子终于“现形”了。然而中子并不是卢瑟福所想象的中性双子，我们用 n 表示中子。 发现中子的核反应方程是 Be + He → C + n 实验证实，从许多原子核中都能打出中子，可见中子也是原子核的组成部分。 中子的发现为原子核模型理论提供重要的证据，引发了人工放射性、慢中子和核裂变的研究，为人类打开了利用核能的大门。 许多科学家用中子代替 α 粒子轰击原子核，发现中子更容易打进原子核。请对此加以解释。 自 主 活 动 同位素中子 图 15 – 11 原子核模型 质子 原子核 中子被发现后，原子核由质子和中子组成（图 15 – 11）的观点得到了公认。我们将质子和中子统称为核子（nucleon）。由于中子不带电，质子和中子的质量几乎相等，都等于一个原子质量单位，所以原子核的电荷数就等于它的质子数，原子核的质量数就等于它的核子数。 原子核中没有电子，但发生 β 衰变时，原子核放出 1 个电子的同时，核内的中子数减少 1 而质子数增加 1。请对此加以分析并写出相应的核反应方程。 自 主 活 动 具有相同质子数、不同中子数的原子核互称为同位素（isotope）。例如，116C、126C、136C、146C、156C 都是碳的同位素，但碳的各种同位素在自然界中的含量不同。譬如自然界中碳 12 是含量最多的碳同位素，占碳元素总量的 98.9%。同位素的化学性质相同。有些同位素具有放射性，称为放射性同位素。 STSE 呼气法是检测幽门螺旋杆菌的常用方法。被测试者口服含有碳同位素的尿素胶囊，如果胃部存在幽门螺旋杆菌，尿素胶囊就会被幽门螺旋杆菌分泌的尿素酶水解，形成二氧化碳随血液进入肺部并以气体排出。尿素中除了碳 12 外还分别加入了微量的碳 14 或碳 13 以区别正常呼吸气体中的碳元素（正常呼吸气体中几乎没有碳 14 和碳 13）。检测被测试者呼出气体中是否有碳 14 或碳 13 即可判断被测试者胃部是否有幽门螺旋杆菌。 人工放射性 1932 年，美国物理学家安德森（C. D. Anderson，1905—1991）发现正电子。正电子的质量和电荷量大小与电子相同，但电性与电子相反，正电子的符号是 01e，它是人类发现的首个反物质基本粒子。 1934 年，约里奥 – 居里夫妇用 α 粒子轰击铝箔后，除了探测到正常的中子以外，还意外地探测到正电子。更令他们感到吃惊的是，移走 α 放射源后，铝箔不再放出中子，但继续放出正电子。而且这种放射性随时间衰减的规律与放射性衰变一样，也有确定的半衰期。铝原子核被 α 粒子轰击后发生的核反应是 Al + He → P + n 这一核反应的生成物磷 30 具有放射性，发生正电子衰变，衰变方程是 P → Si + e 磷 30 是首个通过人工方法获得的放射性同位素，这是一个重要发现。此后，科学家用质子、氘核、中子和 γ 粒子轰击原子核，也都得到了放射性同位素。此前，我们已经知道原子序数大于 83 的天然存在的元素都具有放射性。事实上，天然放射性元素只有 40 多种，原子序数超过 92 的放射性同位素都是通过人工方法获得的。现在，利用原子能反应堆和粒子加速器生成的同位素已经超过 2 000 种，每种元素都有放射性同位素。 放射性同位素的应用 放射性同位素在科学研究和人们的日常生活中得到了广泛的应用。利用射线的穿透能力与物质密度、厚度的关系可以检查各种产品厚度、密封在容器中的液面高度等。 放射性同位素放出的射线会致癌，但我们也用射线对某些癌症患者进行放射性治疗（放疗）。射线对迅速生长的癌细胞有破坏作用，但同时也会破坏周边的正常细胞。因此，放射性治疗会对患者产生副作用。为了减少副作用，临床上需要先对肿瘤定位，然后用很细的 γ 射线或 X 射线来照射肿瘤。如图 15 – 12 所示，当射线对准肿瘤所在部位后，往往采用使放射源或患者身体旋转的方式使射线充分照射肿瘤的各个部分，同时又使射线的剂量尽可能降低。临床上一般用钴 60 或 X 射线机所产生的 0.2 ~ 5 MeV 能量的光子束进行放疗。 在某种元素中掺进适量的放射性同位素，放射性同位素会跟随这种元素一起运动。通过探测放射性同位素放出的射线，就可以知道这种元素的踪迹。我们将作这种用途的放射性同位素称为示踪原子。 1965 年 9 月，我国科学家完成了结晶牛胰岛素的人工全合成，这是世界上第一个人工合成的蛋白质，为人类认识生命、揭开生命奥秘迈出了可喜的一大步（图 15 –13）。在合成的过程中，科学家将碳 14 作为示踪原子掺入人工合成的牛胰岛素并与天然牛胰岛素混合，经过多次结晶，得到了碳 14 均匀分布的牛胰岛素结晶，证明人工牛胰岛素与天然牛胰岛素是同一种物质。图 15 – 12 患者正在进行放射性治疗 图 15 – 13人工全合成结晶牛胰岛素五十周年纪念邮票 一、单选题 1．下列说法中正确的是（　　） A．玛丽·居里首先提出原子的核式结构 B．卢瑟福在α粒子散射实验中发现了电子 C．查德威克在原子核人工转变的实验中发现了中子 D．爱因斯坦为解释原子的核式结构提出了核式结构学说 2．静止在匀强磁场中的碳14原子核，某时刻放射的某种粒子与反冲核的初速度方向均与磁场方向垂直，且经过一定时间后形成的轨迹如图所示。那么碳14的核反应方程可能是（　　） A． B． C． D． 3．下列核反应方程中括号内的粒子为中子的是（   ） A． B． C． D． 4．英国物理学家查德威克用粒子轰击铍（Be）时发现了（　　） A．电子 B．质子 C．中子 D．原子核 5．核反应方程：中的 X 是（   ） A．质子H B．正电子 e C．电子e D．中子n 6．1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验，发现了（　　） A．质子 B．中子 C．电子 D．核子 7．用α粒子轰击铍Be时会得到新的原子核C并同时放出一种射线，该射线是（　　） A．质子流 B．电子流 C．中子流 D．光子流 8．同位素有相同的（　　） A．中子数 B．质子数 C．核子数 D．质量数 9．揭示原子核还可以再分的事实是（　　） A．电子的发现 B．质子的发现 C．天然放射性现象的发现 D．中子的发现 10．银河系中存在大量的放射性同位素铝26，其衰变方程为，则Y是（　　） A．氦核 B．中子 C．质子 D．正电子 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $