Question

【題目】1930年發現，科學家在真空條件下用α粒子轟擊 時，產生了一種看不見的、貫穿力很強的不帶電粒子，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，結果打出一些氫核和氮核，并以此推算出了該粒子的質量，從而確定改粒子為中子．設氫核的質量為mH ， 氮核的質量為氫核質量的14倍，碰撞后氫核的速度為vH ， 氮核的速度為vN ， 假設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）試寫出α粒子轟擊 的核反應方程；
（2）試根據中子與氫原子和氮原子的碰撞結果，利用題中的可測量量，推算出中子的質量．

Answer 1

【答案】
（1）解：根據電荷數守恒、質量數守恒得：

答： ；

（2）查德威克認為氫核、氮核與中性粒子之間的碰撞是彈性正碰；設中性粒子質量為m，速度為v0，氫核的質量為mH，最大速度為vH，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：

mv0=mv+mHvH…①

= …②

其中v是碰撞后中性粒子的速度，由此可得：

vH= …③

同理，mv0=mv+mNvN

mv02= mv2+ mNvN2

可得出中性粒子與氮原子核碰撞后打出的氮核的速度 vN= … ④

因為mN=14mH，由方程③④可得 = …⑤

將速度的最大值代入方程⑤，解得：m=1.05mH…⑥

答：中性粒子（中子）的質量m與氫核的質量mH 的關系是m=1.05mH．

【解析】（1）利用電荷數守恒、質量數守恒結合體重一直的反應物和生成物寫出方程式。
（2）碰撞類問題利用動量守恒結合能量守恒聯立列式求解即可。
【考點精析】解答此題的關鍵在于理解動量守恒定律的相關知識，掌握動量守恒定律成立的條件：系統不受外力或系統所受外力的合力為零；系統所受的外力的合力雖不為零，但系統外力比內力小得多；系統所受外力的合力雖不為零，但在某個方向上的分量為零，則在該方向上系統的總動量的分量保持不變，以及對能量守恒定律的理解，了解能量守恒定律：能量既不會消滅，也不會創生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移過程中，能量的總量保持不變．