Question

1920年，質子已被發現，英國物理學家盧瑟福曾預言可能有一種質量與質子相近的不帶電的中性粒子存在，他把它叫做中子．1930年發現，在真空條件下用α射線轟擊鈹（

9 4

Be）時，會產生一種看不見的、貫穿力極強的不知名射線和另一種粒子．經過研究發現，這種不知名射線具有如下的特點：①在任意方向的磁場中均不發生偏轉；②這種射線的速度小于光速的十分之一；③用它轟擊含有氫核的物質，可以把氫核打出來．用它轟擊含有氮核的物質，可以把氮核打出來，并用被打出的氫核的最大速度v_H和被打出的氮核的最大速度v_N之比近似等于15：2．若該射線中的粒子均具有相同的能量，與氫核和氮核碰前氫核和氮核可以認為靜止，碰撞過程中沒有機械能的損失．已知氫核的質量M_H與氮核的質量M_N之比等于1：14．
（1）寫出α射線轟擊鈹核的核反應方程．
（2）試根據上面所述的各種情況，通過具體分析說明該射線是不帶電的，但不是γ射線，而是由中子組成．

Answer 1

分析：（1）根據電荷數守恒、質量數守恒寫出核反應方程．
（2）射線在任何方向的磁場中均不發生偏轉，因此該射線不帶電，該射線速度小于光速，所以它不是γ射線．由于碰撞中無機械能損失，當被打出的氫核和氮核的速度為最大值時，表明它們發生的是彈性正碰．根據動量守恒定律、能量守恒定律求出未知粒子質量與質子質量的關系．

解答：解：（1）根據電荷數守恒、質量數守恒得，

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Be

+

4 2

He→

12 6

C

+

1 0

n
（2）由①可知，該射線在任何方向的磁場中均不發生偏轉，因此該射線不帶電．
由②可知，因為該射線速度小于光速，所以它不是γ射線．    
由③可知，由于碰撞中無機械能損失，當被打出的氫核和氮核的速度為最大值時，表明它們發生的是彈性正碰．設該粒子的質量為m，碰撞前速度為v₀，與氫核碰撞后速度為v₁，與氮核碰撞后速度為v₂，則有：
mv₀=mv₁+M_Hv_H    

1

2

mv₀²=

1

2

mv₁²+

1

2

M_Hv_H²    
解得v_H=

2m

m+MH

v₀，同理得v_N=

2m

m+MN

v₀
由題意知

vH

vN

=

15

2

，

MN

MH

=

14

1

∴m=M_H    
即該粒子的質量與氫核（質子）的質量相近，因此這種粒子是中子．   
答：（1）核反應方程為

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Be

+

4 2

He→

12 6

C

+

1 0

n
（2）推導過程如上．

點評：本題綜合考查了動量守恒定律和能量守恒定律，綜合性較強，對學生的分析推理能力要求較高，是一道好題．