Question

16．1929年，英國物理學家查德威克，用質子轟擊鈹原子核，產生一種未知的粒子，他用這種粒子與靜止的氫原子核正碰，測出碰撞后氫原子核的速度是3.3×10⁷m/s，該未知粒子與靜止的氮原子核正碰，測出碰撞后氮原子核的速度是4.7×10⁶m/s．已知氫原子核的質量為m，氮原子核的質量為14m，上述碰撞都是彈性碰撞，求未知粒子的質量．（這實際上是查德威克發(fā)現中子和測量中子質量的實驗）

Answer 1

分析 在碰撞過程中，遵守動量守恒定律和能量守恒定律，根據動量守恒定律以及能量守恒定律列式即可求解．

解答 解：設未知粒子質量為m₀，速度為v₀，與氫核發(fā)生彈性碰撞，
由動量守恒知：m₀ v₀=m₀v₁+m v_H
由機械能守恒知：$\frac{1}{2}$m₀ v₀²=$\frac{1}{2}$m₀v₁²+$\frac{1}{2}$mv_H²
解得 v_H=$\frac{{2{m_0}{v_0}}}{{{m_0}+m}}$
設未知粒子質量為m₀，速度為v₀，與氮核發(fā)生彈性碰撞
由動量守恒知：m₀ v₀=m₀v₁+14mv_N
由機械能守恒知：$\frac{1}{2}$m₀v₀²=$\frac{1}{2}$m₀v₁²+$\frac{1}{2}$×14mv_N²
得 v_N=$\frac{{2{m_0}{v_0}}}{{{m_0}+14m}}$
所以 $\frac{v_H}{v_N}=\frac{{{m_0}+14m}}{{{m_0}+m}}$=$\frac{{3.3×{{10}^7}}}{{4.7×{{10}^6}}}$=7.02
則得 m₀=1.16m，中子與質子質量差不多
答：未知粒子的質量是1.16m．

點評 本題解題的關鍵是知道粒子碰撞過程中動量守恒、能量守恒，由兩大守恒定律研究．