Question

【題目】能量守恒定律、動量守恒定律是自然界普遍遵循的規(guī)律，在微觀粒子的相互作用過程中也同樣適用。現在我們都知道，原子核內部是由質子和中子組成。這是英國物理學家盧瑟福和他的學生查德威克共同發(fā)現的。

(1)為了測定中子的質量mn，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。實驗中他測得碰撞后氮核的速率與氫核的速率關系是，已知氮核質量與氫核質量的關系是mN=14mH，將中子與氫核、氮核的碰撞視為完全彈性碰撞。請你根據以上數據計算中子質量mn與氫核質量mH的比值；

(2)現代核電站是以鈾235裂變作為燃料。小明通過雜志了解到鈾235裂變時放出中子，有的中子速度很大，稱為快中子，為了更好地繼續(xù)發(fā)生裂變反應，需要使快中子減速。在討論如何使中子減速的問題時，有人設計了一種方案：讓快中子與靜止的粒子發(fā)生碰撞，有三種粒子可以選擇：鉛核、氫核、電子。小明想知道哪一種粒子使快中子減速效果最好。請以彈性正碰為例，幫助小明分析出哪一種粒子使快中子減速效果最好，說出你的觀點并說明理由。已知，。

Answer 1

【答案】(1) ；(2)氫核的減速效果最好，理由見解析

【解析】

(1)設中子與氫核、氮核碰前的速度為v0，中子與氫核發(fā)生彈性正碰，取碰撞前中子的速度方向為正，則

解得碰后氫核的速率

同理可得，中子與氮核發(fā)生彈性正碰后，氮核的速率

因此有

根據，mN=14mH，解得

(2)氫核的減速效果最好，因為中子與質量為m的粒子發(fā)生彈性正碰，根據動量守恒和能量守恒可得，碰撞后中子的速率

①由于鉛核的質量比中子質量大很多，碰撞后中子幾乎被原速率彈回；

②由于中子質量與氫核質量相差不多，碰撞后中子的速率將會減小很多；

③由于電子質量比中子質量小很多，碰撞后中子速度幾乎不變。