Question

【题目】1930年发现，科学家在真空条件下用α粒子轰击 时，产生了一种看不见的、贯穿力很强的不带电粒子，为了弄清楚这是一种什么粒子，人们用它分别去轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核，并以此推算出了该粒子的质量，从而确定改粒子为中子．设氢核的质量为mH ， 氮核的质量为氢核质量的14倍，碰撞后氢核的速度为vH ， 氮核的速度为vN ， 假设中子与它们的碰撞为弹性弹性碰撞，碰撞的粒子分别为中子和氢核及中子和氮核．
（1）试写出α粒子轰击 的核反应方程；
（2）试根据中子与氢原子和氮原子的碰撞结果，利用题中的可测量量，推算出中子的质量．

Answer 1

【答案】
（1）解：根据电荷数守恒、质量数守恒得：

答： ；

（2）查德威克认为氢核、氮核与中性粒子之间的碰撞是弹性正碰；设中性粒子质量为m，速度为v0，氢核的质量为mH，最大速度为vH，并认为氢核在打出前为静止的，那么根据动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

可得出中性粒子与氮原子核碰撞后打出的氮核的速度 vN= … ④

因为mN=14mH，由方程③④可得 = …⑤

将速度的最大值代入方程⑤，解得：m=1.05mH…⑥

答：中性粒子（中子）的质量m与氢核的质量mH 的关系是m=1.05mH．

【解析】（1）利用电荷数守恒、质量数守恒结合体重一直的反应物和生成物写出方程式。
（2）碰撞类问题利用动量守恒结合能量守恒联立列式求解即可。
【考点精析】解答此题的关键在于理解动量守恒定律的相关知识，掌握动量守恒定律成立的条件：系统不受外力或系统所受外力的合力为零；系统所受的外力的合力虽不为零，但系统外力比内力小得多；系统所受外力的合力虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上系统的总动量的分量保持不变，以及对能量守恒定律的理解，了解能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变．