Question

1920年，英國(guó)物理學(xué)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a射線(xiàn)轟擊鈹()時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種看不見(jiàn)的、貫穿能力極強(qiáng)的不知名射線(xiàn)和另一種新粒子。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這種不知名射線(xiàn)具有如下的特點(diǎn)：① 在任意方向的磁場(chǎng)中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；② 這種射線(xiàn)的速度不到光速的十分之一；③ 用它轟擊含有靜止的氫核的物質(zhì)，可以把氫核打出來(lái)。用它轟擊含有靜止的氮核的物質(zhì)，可以把氮核打出來(lái)。并且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之比等于15 : 2。若該射線(xiàn)中的粒子均具有相同的能量，與氫核和氮核均發(fā)生正碰，且碰撞中沒(méi)有機(jī)械能的損失。已知?dú)浜说馁|(zhì)量M_H與氮核的質(zhì)量M_N之比等于1 : 14。

（1）寫(xiě)出a射線(xiàn)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(guò)具體計(jì)算說(shuō)明該射線(xiàn)是由中子組成，而不是g射線(xiàn)。 

Answer 1

（1）核反應(yīng)方程是     +

 （2）由（1）可知, 該射線(xiàn)不帶電, 是由電中性的粒子流組成的

    由于g射線(xiàn)是高速光子流, 而該射線(xiàn)速度不到光速的十分之一, 因此它不是g射線(xiàn)

設(shè)該粒子的質(zhì)量為m, 轟擊氫核和氮核時(shí)速度為v, 打出氫核后粒子速度變?yōu)?i>v₁, 打出氮核后粒子速度變?yōu)?i>v₂．由于碰撞中沒(méi)有機(jī)械能的損失, 且被打出的氫核和氮核的速度均為最大值, 表明該粒子與氫核及氮核的碰撞為彈性碰撞

 根據(jù)動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒, 在打出氫核的過(guò)程中, 有

                        mv = mv₁+M_Hv_H

                     mv² = mv₁²+M_Hv_H²

    解得                v_H =

    同理，在打出氮核的過(guò)程中, 有    mv = mv₂+M_Nv_N  

                     mv² = mv₂²+M_Nv_N²    

    解得                v_N =   

    根據(jù)v_H 、v_N 的表達(dá)式及  ,  解得 

                         m = M_H 

    即該粒子的質(zhì)量與氫核（質(zhì)子）質(zhì)量相同, 因此這種不知名的電中性粒子是中子