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A.“中子的发现”关于“原子核的组成”的研究,物理学的发展过程经历了如下几个重要的阶段:1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核从而发现了质子;1920年,卢瑟福预言“原子核内可能还有
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A.“中子的发现”
关于“原子核的组成”的研究,物理学的发展过程经历了如下几个重要的阶段:
1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核从而发现了质子;
1920年,卢瑟福预言“原子核内可能还有质量与质子相近的中性粒子存在”;
1930年,约里奥•居里夫妇用钋(Po)放出的α粒子轰击铍(Be),产生了一种贯穿能力极强的射线,研究发现这种射线是一种中性粒子流;
1932年,查德威克用这种射线轰击氢原子和氮原子,打出了一些氢核(质子)和氮核,测量出被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出这种粒子的质量而发现了中子.
查德威克认为:氢核、氮核的热运动速度远小于未知粒子的速度而可以忽略不计;被碰出的氢核、氮核之所以会具有不同的速率是由于碰撞的情况不同而造成的,其中速率最大的应该是弹性正碰的结果.实验中测得氢核的最大速度为vH=3.3×107m/s,氮核的最大速度为vN=4.5×106m/s;已知mN=14mH.
请你根据查德威克研究,经过推理计算,证明卢瑟福的“预言”是正确的.
关于“原子核的组成”的研究,物理学的发展过程经历了如下几个重要的阶段:
1919年,卢瑟福用α粒子轰击氮核从而发现了质子;
1920年,卢瑟福预言“原子核内可能还有质量与质子相近的中性粒子存在”;
1930年,约里奥•居里夫妇用钋(Po)放出的α粒子轰击铍(Be),产生了一种贯穿能力极强的射线,研究发现这种射线是一种中性粒子流;
1932年,查德威克用这种射线轰击氢原子和氮原子,打出了一些氢核(质子)和氮核,测量出被打出的氢核和氮核的速度,并由此推算出这种粒子的质量而发现了中子.
查德威克认为:氢核、氮核的热运动速度远小于未知粒子的速度而可以忽略不计;被碰出的氢核、氮核之所以会具有不同的速率是由于碰撞的情况不同而造成的,其中速率最大的应该是弹性正碰的结果.实验中测得氢核的最大速度为vH=3.3×107m/s,氮核的最大速度为vN=4.5×106m/s;已知mN=14mH.
请你根据查德威克研究,经过推理计算,证明卢瑟福的“预言”是正确的.
▼优质解答
答案和解析
查德威克认为氢核、氮核与未知粒子之间的碰撞是弹性正碰;设未知粒子质量为m,速度为v0,氢核的质量为mH,最大速度为 v H,并认为氢核在打出前为静止的,那么根据动量守恒和能量守恒可知:
mv0=mv+mH•v H (1)
m
=
mv2+
mH
(2)
其中v是碰撞后未知粒子的速度,由此可得:
vH=
v0 (3)
同样可求出未知射线与氮原子碰撞后,打出的氮核的速度
vH=
v0 (4)
查德威克在实验中测得氢核的最大速度为:v H=3.3×107m/s,氮核的最大速度为:v N=4.5×106m/s.因为mN=14mH,由方程(3)、(4)可得
=
=
(5)
将速度的最大值代入方程(5),可得:
=
(6)
可得:m=1.05mH.
由此可见,该中性粒子的质量与质子相近,卢瑟福的“预言”是正确的.
答:证明如上.
mv0=mv+mH•v H (1)
1 |
2 |
v | 2 0 |
1 |
2 |
1 |
2 |
v | 2 H |
其中v是碰撞后未知粒子的速度,由此可得:
vH=
2m |
m+mH |
同样可求出未知射线与氮原子碰撞后,打出的氮核的速度
vH=
2m |
m+mN |
查德威克在实验中测得氢核的最大速度为:v H=3.3×107m/s,氮核的最大速度为:v N=4.5×106m/s.因为mN=14mH,由方程(3)、(4)可得
vH |
vN |
m+mN |
m+mH |
m+14mH |
m+mH |
将速度的最大值代入方程(5),可得:
3.3×107 |
4.5×106 |
m+14mH |
m+mH |
可得:m=1.05mH.
由此可见,该中性粒子的质量与质子相近,卢瑟福的“预言”是正确的.
答:证明如上.
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