Question

在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出．中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測(cè)．1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中

11

H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在．
（1）中微子與水中的

11

H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子（

10

n）和正電子（

0+1

e），即
中微子+

11

H→

10

n+

0+1

e可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是______．（填寫(xiě)選項(xiàng)前的字母）
A、0和0             B、0和1        C、1和 0       D、1和1
（2）上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚�(gè)光子（γ），即

0+1

e

0-1

e+→2γ
已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10-31㎏，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為_(kāi)_____ J．正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�(gè)光子，原因是______．
（3）試通過(guò)分析比較，具有相同動(dòng)能的中子和電子的物質(zhì)波波長(zhǎng)的大�。�
解析：（1）發(fā)生核反應(yīng)前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分都是0，A項(xiàng)正確．
（2）產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損．兩個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚�(gè)光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱�，由E=△mc²，故一個(gè)光子的能量為

E

2

，帶入數(shù)據(jù)得

E

2

=8.2×10^-14J．
正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動(dòng)量為零，故如果只產(chǎn)生一個(gè)光子是不可能的，因?yàn)榇诉^(guò)程遵循動(dòng)量守恒．
（3）物質(zhì)波的波長(zhǎng)為λ=

h

p

，要比較波長(zhǎng)需要將中子和電子的動(dòng)量用動(dòng)能表示出來(lái)即p=

2mEk

，因?yàn)閙_n＜m_c，所以p_n＜p_c，故λ_n＜λ_c．

Answer 1

（1）根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)為0和0．故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．
故選A．
（2）產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損．兩個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚�(gè)光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱�，由E=△mc²，故一個(gè)光子的能量為

E

2

，帶入數(shù)據(jù)得

E

2

=8.2×10^-14J．
正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動(dòng)量為零，故如果只產(chǎn)生一個(gè)光子是不可能的，因?yàn)榇诉^(guò)程遵循動(dòng)量守恒．
（3E_K=

1

2

mv²，P=mv，聯(lián)立兩式得，粒子的動(dòng)量P=

2mEk

．
物質(zhì)波的波長(zhǎng)λ=

h

p

=

h

2mEk

，由于中子和電子的動(dòng)能相等，中子的質(zhì)量大于電子的質(zhì)量，所以中子的波長(zhǎng)小于電子的波長(zhǎng)．
故答案為：（1）A．（2）8.2×10^-14，遵循動(dòng)量守恒 （3）中子的波長(zhǎng)小于電子的波長(zhǎng)．