Question

1920年，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(fā)現，在真空條件下用a射線轟擊鈹()時，會產生一種看不見的、貫穿能力極強的不知名射線和另一種新粒子。經過研究發(fā)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(fā)生偏轉；② 這種射線的速度不到光速的十分之一；③ 用它轟擊含有靜止的氫核的物質，可以把氫核打出來。用它轟擊含有靜止的氮核的物質，可以把氮核打出來。并且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，與氫核和氮核均發(fā)生正碰，且碰撞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a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，通過具體計算說明該射線是由中子組成，而不是g射線。 

Answer 1

（1） + ；（2）見解析。

（1）核反應方程是    +
（2）由（1）可知, 該射線不帶電, 是由電中性的粒子流組成的
由于g射線是高速光子流, 而該射線速度不到光速的十分之一, 因此它不是g射線
設該粒子的質量為m, 轟擊氫核和氮核時速度為v, 打出氫核后粒子速度變?yōu)関₁, 打出氮核后粒子速度變?yōu)関₂．由于碰撞中沒有機械能的損失, 且被打出的氫核和氮核的速度均為最大值, 表明該粒子與氫核及氮核的碰撞為彈性碰撞
根據動量守恒和機械能守恒, 在打出氫核的過程中, 有
mv = mv₁+M_Hv_H
mv² = mv₁²+M_Hv_H²
解得                v_H =
同理，在打出氮核的過程中, 有    mv = mv₂+M_Nv_N  
mv² = mv₂²+M_Nv_N²    
解得                v_N =   
根據v_H、v_N的表達式及 , 解得 
m = M_H 
即該粒子的質量與氫核（質子）質量相同, 因此這種不知名的電中性粒子是中子。