Question

1930年发现，科学家在真空条件下用α粒子轰击

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Be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m_H，氮核的质量为氢核质量的14倍，碰撞后氢核的速度为v_H，氮核的速度为v_N，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

94

Be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

（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得：

94

Be

+

42

He

→

10

n

+

126

C
（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m_H，最大速度为v_H，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+m_Hv_H…①

1

2

mv

20

=

1

2

mv2+

1

2

mH

v

2H

…②
其中v是碰撞后中性粒子的速度，由此可得：
v_H=

2mv0

m+mH

…③
同理，mv₀=mv+m_Nv_N

1

2

mv₀²=

1

2

mv²+

1

2

m_Nv_N²
可得出中性粒子与氮原子核碰撞后打出的氮核的速度 v_N=

2mv0

m+mN

…④
因为m_N=14m_H，由方程③④可得

vH

vN

=

m+mN

m+mH

=

m+14mH

m+mH

…⑤
将速度的最大值代入方程⑤，解得：m=1.05m_H…⑥
答：（1）

94

Be

+

42

He

→

10

n

+

126

C；
（2）中性粒子（中子）的质量m与氢核的质量m_H的关系是m=1.05m_H．