Question

【题目】能量守恒定律、动量守恒定律是自然界普遍遵循的规律，在微观粒子的相互作用过程中也同样适用。现在我们都知道，原子核内部是由质子和中子组成。这是英国物理学家卢瑟福和他的学生查德威克共同发现的。

(1)为了测定中子的质量mn，查德威克用初速度相同的中子分别与静止的氢核与静止的氮核发生弹性正碰。实验中他测得碰撞后氮核的速率与氢核的速率关系是，已知氮核质量与氢核质量的关系是mN=14mH，将中子与氢核、氮核的碰撞视为完全弹性碰撞。请你根据以上数据计算中子质量mn与氢核质量mH的比值；

(2)现代核电站是以铀235裂变作为燃料。小明通过杂志了解到铀235裂变时放出中子，有的中子速度很大，称为快中子，为了更好地继续发生裂变反应，需要使快中子减速。在讨论如何使中子减速的问题时，有人设计了一种方案：让快中子与静止的粒子发生碰撞，有三种粒子可以选择：铅核、氢核、电子。小明想知道哪一种粒子使快中子减速效果最好。请以弹性正碰为例，帮助小明分析出哪一种粒子使快中子减速效果最好，说出你的观点并说明理由。已知，。

Answer 1

【答案】(1) ；(2)氢核的减速效果最好，理由见解析

【解析】

(1)设中子与氢核、氮核碰前的速度为v0，中子与氢核发生弹性正碰，取碰撞前中子的速度方向为正，则

解得碰后氢核的速率

同理可得，中子与氮核发生弹性正碰后，氮核的速率

因此有

根据，mN=14mH，解得

(2)氢核的减速效果最好，因为中子与质量为m的粒子发生弹性正碰，根据动量守恒和能量守恒可得，碰撞后中子的速率

①由于铅核的质量比中子质量大很多，碰撞后中子几乎被原速率弹回；

②由于中子质量与氢核质量相差不多，碰撞后中子的速率将会减小很多；

③由于电子质量比中子质量小很多，碰撞后中子速度几乎不变。