Question

1930年發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家在真空條件下用α粒子轟擊

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Be時(shí)，產(chǎn)生了一種看不見(jiàn)的、貫穿力很強(qiáng)的不帶電粒子，為了弄清楚這是一種什么粒子，人們用它分別去轟擊氫原子和氮原子，結(jié)果打出一些氫核和氮核，并以此推算出了該粒子的質(zhì)量，從而確定改粒子為中子．設(shè)氫核的質(zhì)量為m_H，氮核的質(zhì)量為氫核質(zhì)量的14倍，碰撞后氫核的速度為v_H，氮核的速度為v_N，假設(shè)中子與它們的碰撞為彈性彈性碰撞，碰撞的粒子分別為中子和氫核及中子和氮核．
（1）試寫(xiě)出α粒子轟擊

94

Be的核反應(yīng)方程；
（2）試根據(jù)中子與氫原子和氮原子的碰撞結(jié)果，利用題中的可測(cè)量量，推算出中子的質(zhì)量．

Answer 1

（1）根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得：

94

Be

+

42

He

→

10

n

+

126

C
（2）查德威克認(rèn)為氫核、氮核與中性粒子之間的碰撞是彈性正碰；設(shè)中性粒子質(zhì)量為m，速度為v₀，氫核的質(zhì)量為m_H，最大速度為v_H，并認(rèn)為氫核在打出前為靜止的，那么根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒可知：
mv₀=mv+m_Hv_H…①

1

2

mv

20

=

1

2

mv2+

1

2

mH

v

2H

…②
其中v是碰撞后中性粒子的速度，由此可得：
v_H=

2mv0

m+mH

…③
同理，mv₀=mv+m_Nv_N

1

2

mv₀²=

1

2

mv²+

1

2

m_Nv_N²
可得出中性粒子與氮原子核碰撞后打出的氮核的速度 v_N=

2mv0

m+mN

…④
因?yàn)閙_N=14m_H，由方程③④可得

vH

vN

=

m+mN

m+mH

=

m+14mH

m+mH

…⑤
將速度的最大值代入方程⑤，解得：m=1.05m_H…⑥
答：（1）

94

Be

+

42

He

→

10

n

+

126

C；
（2）中性粒子（中子）的質(zhì)量m與氫核的質(zhì)量m_H的關(guān)系是m=1.05m_H．