Question

1920年，质子已被发现，英国物理学家卢瑟福曾预言可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子．1930年发现，在真空条件下用α射线轰击铍（Be）时，会产生一种看不见的、贯穿力极强的不知名射线和另一种粒子．经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一；③用它轰击含有氢核的物质，可以把氢核打出来．用它轰击含有氮核的物质，可以把氮核打出来，并用被打出的氢核的最大速度v_H和被打出的氮核的最大速度v_N之比近似等于15：2．若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核可以认为静止，碰撞过程中没有机械能的损失．已知氢核的质量M_H与氮核的质量M_N之比等于1：14．
（1）写出α射线轰击铍核的核反应方程．
（2）试根据上面所述的各种情况，通过具体分析说明该射线是不带电的，但不是γ射线，而是由中子组成．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程．
（2）射线在任何方向的磁场中均不发生偏转，因此该射线不带电，该射线速度小于光速，所以它不是γ射线．由于碰撞中无机械能损失，当被打出的氢核和氮核的速度为最大值时，表明它们发生的是弹性正碰．根据动量守恒定律、能量守恒定律求出未知粒子质量与质子质量的关系．
解答：解：（1）根据电荷数守恒、质量数守恒得，→
（2）由①可知，该射线在任何方向的磁场中均不发生偏转，因此该射线不带电．
由②可知，因为该射线速度小于光速，所以它不是γ射线．    
由③可知，由于碰撞中无机械能损失，当被打出的氢核和氮核的速度为最大值时，表明它们发生的是弹性正碰．设该粒子的质量为m，碰撞前速度为v，与氢核碰撞后速度为v₁，与氮核碰撞后速度为v₂，则有：
mv=mv₁+M_Hv_H    
mv²=mv₁²+M_Hv_H²    
解得v_H=v，同理得v_N=v
由题意知，
∴m=M_H    
即该粒子的质量与氢核（质子）的质量相近，因此这种粒子是中子．   
答：（1）核反应方程为→
（2）推导过程如上．
点评：本题综合考查了动量守恒定律和能量守恒定律，综合性较强，对学生的分析推理能力要求较高，是一道好题．