Question

用放射源钋的α射线轰击铍时，能发射出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓铍“辐射”．1932年，查德威克用铍“辐射”分别照射（轰击）氢和氮（它们可视为处于静止状态），测得照射后沿铍“辐射”方向高速运动的氢核和氮核的速度之比为7.0．查德威克假设铍“辐射”是由一种质量不为零的中性粒子构成的，从而通过实验在历史上首次发现了中子．假定铍“辐射”中的中性粒子与氢核或氮核发生弹性正碰，试在不考虑相对论效应的条件下计算构成铍“辐射”的中性粒子的质量．（质量用原子质量单位u表示，1u等于¹²C原子质量的十二分之一．取氢核和氮核的质量分别为1.0u和14.0u．）

Answer 1

设构成铍“辐射”的中性粒子的质量和速度分别为m和v，氢核的质量为m_H．构成铍“辐射”的中性粒子与氢核发生弹性正碰，碰后两粒子的速度分别为v′和v_H′．由动量守恒与能量守恒定律得
mv=m v′+m_H v_H′①

1

2

mv2=

1

2

mv/2+

1

2

mH

v

/2H

②
解得
v_H′=

2mv

m+mH

③
同理，对于质量为m_N的氮核，其碰后速度为
v_N′=

2mv

m+mN

④
由③④中2mv相同式可得
m=

mN v /N -mH v /H

v /H - v /N

⑤
将m_H=1.0u和m_N=14.0u和v_H′=7.0v_N′代入⑤式得
m=1.2u
即构成铍“辐射”的中性粒子的质量为1.2u．