Question

【題目】“中子的發現”,關于“原子核的組成”的研究，物理學的發展過程經歷了如下幾個重要的階段：

1919年，盧瑟福用a粒子轟擊氮核從而發現了質子；1920年，盧瑟福預言“原子核內可能還有質量與質子相近的中性粒子存在"；-1930年，約里奧·居里夫婦用釙（Po）放出的粒子轟擊鈹（Be），產生了一種貫穿能力極強的射線，研究發現這種射線是一種中性粒子流；1932年，查德威克用這種射線轟擊氫原子和氮原子，打出了一些氫核（質子）和氮核，測量出被打出的氫核和氮核的速度，并由此推算出這種粒子的質量而發現了中子。

查德威克認為：氫核、氮核的熱運動速度遠小于未知粒子的速度而可以忽略不計；被碰出的氫核、氨核之所以會具有不同的速率是由于碰撞的情況不同而造成的，其中速率最大的應該是彈性正碰的結果。實驗中測得氫核的最大速度為，氮核的最大速度為；已知。請你根據查德威克研究，經過推理計算，證明盧瑟福的“預言”是正確的。

Answer 1

【答案】答案見解析

【解析】

查德威克認為氫核、氮核與未知粒子之間的碰撞是彈性正碰；設未知粒子質量為m，速度為，氫核的質量為，最大速度為，并認為氫核在打出前為靜止的，那么根據動量守恒和能量守恒可知：

其中v是碰撞后未知粒子的速度，由此可得：

同樣可求出未知射線與氮原子碰撞后，打出的氮核的速度：

查德威克在實驗中測得氫核的最大速度為：，氮核的最大速度為：，因為，由上述方程可得：

將速度的最大值代入方程可得：

可得：。由此可見，該中性粒子的質量與質子相近，盧瑟福的“預言”是正確的。