题目

题型：同步题难度：来源：

1920年，质子已被发现，英国物理学家卢瑟福曾预言可能有一种质量与质子相近的不带电的中性粒子存在，他把它叫做中子。1930年发现，在真空条件下用a射线轰击铍(Be)时，会产生一种看不见的、贯穿力极强的不知名射线和另一种粒子。经过研究发现，这种不知名射线具有如下的特点：①在任意方向的磁场中均不发生偏转；②这种射线的速度小于光速的十分之一；③用它轰击含有氢核的物质，可以把氢核打出来；用它轰击含有氮核的物质，可以把氮核打出来，并且被打出的氢核的最大速度v_H和被打出的氮核的最大速度v_N之比近似等于15：2。若该射线中的粒子均具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核均为静止，碰撞过程中没有机械能的损失。已知氢核的质量M_H与氮核的质量M_N之比等于1：14。试根据上面所述的各种情况，通过具体分析说明该射线是不带电的，但不是γ射线，而是由中子组成的。

答案

解：由特点①可知该射线不带电，是由电中性的粒子流组成的
设该射线的粒子质量为m，轰击氢核和氮核前速度为v，碰撞过程无机械能损失，题目给出的氢核和氮核的速度是未知粒子与之发生正碰后的速度，设该粒子正碰后速度为v₁，在打出氢核的过程中，有
动量守恒：mv= mv₁+M_Hv_H
机械能守恒：mv²/2=mv₁²/2+M_Hv_H²/2
联立以上两式得v_H=2mv/(m+M_H)
同理，在打出氮核的过程中，可解得v_N=2mv/(m+M_N)
代入v_H、v_N的数值和M_H：M_N=1：14
解得m=1.16M_H，该粒子的质量与氢核质量近似相等，这种粒子是中子