Question

【題目】能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律、電荷守恒定律等等是自然界普遍遵循的規(guī)律，在微觀粒子的相互作用過(guò)程中也同樣適用．盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子之后，他猜測(cè)：原子核內(nèi)可能還存在一種不帶電的粒子．

（1）為尋找這種不帶電的粒子，他的學(xué)生查德威克用粒子轟擊一系列元素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．當(dāng)他用粒子轟擊鈹原子核時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種未知射線(xiàn)，并經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)確定這就是中子，從而證實(shí)了盧瑟福的猜測(cè)．請(qǐng)你完成此核反應(yīng)方程．

（2）為了測(cè)定中子的質(zhì)量，查德威克用初速度相同的中子分別與靜止的氫核與靜止的氮核發(fā)生彈性正碰．實(shí)驗(yàn)中他測(cè)得碰撞后氮核的速率與氫核的速率關(guān)系是．已知氮核質(zhì)量與氫核質(zhì)量的關(guān)系是，將中子與氫核、氮核的碰撞視為完全彈性碰撞．請(qǐng)你根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算中子質(zhì)量與氫核質(zhì)量的比值．

（3）以鈾235為裂變?nèi)剂系?/span>“慢中子”核反應(yīng)堆中，裂變時(shí)放出的中子有的速度很大，不易被鈾235俘獲，需要使其減速．在討論如何使中子減速的問(wèn)題時(shí)，有人設(shè)計(jì)了一種方案：讓快中子與靜止的粒子發(fā)生碰撞，他選擇了三種粒子：鉛核、氫核、電子．以彈性正碰為例，僅從力學(xué)角度分析，哪一種粒子使中子減速效果最好，請(qǐng)說(shuō)出你的觀點(diǎn)并說(shuō)明理由．

Answer 1

【答案】（1）（2）（3）僅從力學(xué)角度分析，氫核減速效果最好，理由見(jiàn)解析

【解析】

（1）根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中核電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒，知核反應(yīng)方程式為；

（2）設(shè)中子與氫核、氮核碰撞前后速率為，中子與氫核發(fā)生完全彈性碰撞時(shí)，取碰撞前中子的速度方向?yàn)檎�方向，由�?dòng)量守恒定律和能量守恒定律有：；

，

解得碰后氫核的速率，

同理可得：中子與氮核發(fā)生完全彈性碰撞后，氮核的速率；

因此有，解得；

（3）僅從力學(xué)角度分析，氫核減速效果最好，因?yàn)橹凶优c質(zhì)量為m的粒子發(fā)生彈性正碰時(shí)，根據(jù)動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律知，碰撞后中子的速率；

①由于鉛核質(zhì)量比中子質(zhì)量大很多，碰撞后中子幾乎被原速率彈回；

②由于電子質(zhì)量比中子質(zhì)量小很多，碰撞后中子將基本不會(huì)減速；

③由于中子質(zhì)量與氫核質(zhì)量相差不多，碰撞后中子的速率將會(huì)減小很多．