Question

【物理3-5模塊】

關(guān)于“原子核組成“的研究，經(jīng)歷了一些重要階段，其中：

（1）1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核從而發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為________________。

（2）1932年，查德威克用一種中性粒子流轟擊氫原子和氮原子，打出了一些氫核（質(zhì)子）和氮核，測(cè)量處被打出的氮核和氫核的速度，并由此推算處這種粒子的質(zhì)量而發(fā)現(xiàn)了中子。

理查威克認(rèn)為：原子核的熱運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于中性粒子的速度而可以忽略不計(jì)；被碰出的氫核、氮核之所以會(huì)具有不同的速率是由于碰撞的情況不同而造成的，其中速率最大的應(yīng)該是彈性正碰的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得被碰氫核的最大速度為v_H=3.30×10⁷ m/s，被碰氮核的最大速度為v_N=4.50×10⁶ m/s；已知m_N=14 m_H。

請(qǐng)你根據(jù)理查威克的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推導(dǎo)中性粒子（中子）的質(zhì)量m與氫核的質(zhì)量m_H的關(guān)系？（保留三位有效數(shù)字）

Answer 1

解：（1）HeH+O

（2）查德威克認(rèn)為氫核、氮核與未知粒子之間的碰撞是彈性正碰；設(shè)未知粒子質(zhì)量為m，速度為v₀，氫核的質(zhì)量為m_H，最大速度為v_H，并認(rèn)為氫核在打出前為靜止的，那么根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒可知：

mv₀=mv+m_H·v_H,①

mv₀²=mv²+m_Hv_H²,②

其中v是碰撞后未知粒子的速度，由此可得：v_H=。③

同樣可得出未知射線與氮原子核碰撞后，打出的氮核的速度v_H=④

查德威克在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得氫核的最大速度為：v_H=3.3×10⁷ m/s，

氮核的最大速度：v_N=4.5×10⁶ m/s

因?yàn)閙_N=14m_H，由方程③④可得；⑤

將速度的最大值代入方程⑤，⑤

解得：m=1.05m_H。⑥