题目内容
【题目】能量守恒定律、动量守恒定律、电荷守恒定律等等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．卢瑟福发现质子之后，他猜测：原子核内可能还存在一种不带电的粒子．
（1）为寻找这种不带电的粒子，他的学生查德威克用
粒子轰击一系列元素进行实验．当他用粒子
轰击铍原子核
时发现了一种未知射线，并经过实验确定这就是中子，从而证实了卢瑟福的猜测．请你完成此核反应方程
．
（2）为了测定中子的质量
，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
，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与氢核质量
的比值．
（3）以铀235为裂变燃料的“慢中子”核反应堆中，裂变时放出的中子有的速度很大，不易被铀235俘获，需要使其减速．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，他选择了三种粒子：铅核、氢核、电子．以弹性正碰为例，仅从力学角度分析，哪一种粒子使中子减速效果最好，请说出你的观点并说明理由．
【答案】（1）
（2）
（3）仅从力学角度分析，氢核减速效果最好，理由见解析
【解析】
（1）根据核反应过程中核电荷数与质量数守恒，知核反应方程式为
；
（2）设中子与氢核、氮核碰撞前后速率为
，中子与氢核发生完全弹性碰撞时，取碰撞前中子的速度方向为正方向，由动量守恒定律和能量守恒定律有：
；
，
解得碰后氢核的速率
，
同理可得：中子与氮核发生完全弹性碰撞后，氮核的速率
；
因此有
，解得
；
（3）仅从力学角度分析，氢核减速效果最好，因为中子与质量为m的粒子发生弹性正碰时，根据动量守恒定律和能量守恒定律知，碰撞后中子的速率
；
①由于铅核质量比中子质量大很多，碰撞后中子几乎被原速率弹回；
②由于电子质量比中子质量小很多，碰撞后中子将基本不会减速；
③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．
