Question

1920年，質(zhì)子已被發(fā)現(xiàn)，英國物理學家盧瑟福曾預(yù)言可能有一種質(zhì)量與質(zhì)子相近的不帶電的中性粒子存在，他把它叫做中子．1930年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用α射線轟擊鈹（

9 4

Be）時，會產(chǎn)生一種看不見的、貫穿力極強的不知名射線和另一種粒子．經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種不知名射線具有如下的特點：①在任意方向的磁場中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；②這種射線的速度小于光速的十分之一；③用它轟擊含有氫核的物質(zhì)，可以把氫核打出來．用它轟擊含有氮核的物質(zhì)，可以把氮核打出來，并用被打出的氫核的最大速度v_H和被打出的氮核的最大速度v_N之比近似等于15：2．若該射線中的粒子均具有相同的能量，與氫核和氮核碰前氫核和氮核可以認為靜止，碰撞過程中沒有機械能的損失．已知氫核的質(zhì)量M_H與氮核的質(zhì)量M_N之比等于1：14．
（1）寫出α射線轟擊鈹核的核反應(yīng)方程．
（2）試根據(jù)上面所述的各種情況，通過具體分析說明該射線是不帶電的，但不是γ射線，而是由中子組成．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程．
（2）射線在任何方向的磁場中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此該射線不帶電，該射線速度小于光速，所以它不是γ射線．由于碰撞中無機械能損失，當被打出的氫核和氮核的速度為最大值時，表明它們發(fā)生的是彈性正碰．根據(jù)動量守恒定律、能量守恒定律求出未知粒子質(zhì)量與質(zhì)子質(zhì)量的關(guān)系．

解答：解：（1）根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得，

9 4

Be

+

4 2

He→

12 6

C

+

1 0

n
（2）由①可知，該射線在任何方向的磁場中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此該射線不帶電．
由②可知，因為該射線速度小于光速，所以它不是γ射線．    
由③可知，由于碰撞中無機械能損失，當被打出的氫核和氮核的速度為最大值時，表明它們發(fā)生的是彈性正碰．設(shè)該粒子的質(zhì)量為m，碰撞前速度為v₀，與氫核碰撞后速度為v₁，與氮核碰撞后速度為v₂，則有：
mv₀=mv₁+M_Hv_H    

1

2

mv₀²=

1

2

mv₁²+

1

2

M_Hv_H²    
解得v_H=

2m

m+MH

v₀，同理得v_N=

2m

m+MN

v₀
由題意知

vH

vN

=

15

2

，

MN

MH

=

14

1

∴m=M_H    
即該粒子的質(zhì)量與氫核（質(zhì)子）的質(zhì)量相近，因此這種粒子是中子．   
答：（1）核反應(yīng)方程為

9 4

Be

+

4 2

He→

12 6

C

+

1 0

n
（2）推導過程如上．

點評：本題綜合考查了動量守恒定律和能量守恒定律，綜合性較強，對學生的分析推理能力要求較高，是一道好題．