Question

【題目】碰撞在宏觀、微觀世界中都是十分普遍的現(xiàn)象，在了解微觀粒子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的過(guò)程中，碰撞的研究起著重要的作用。

（1）一種未知粒子跟靜止的氫原子核正碰，測(cè)出碰撞后氫原子核的速度是，該未知粒子以相同速度跟靜止的氮原子核正碰時(shí)，測(cè)出碰撞后氮原子核的速度是，已知?dú)湓�子核的質(zhì)量是mH，氮原子核的質(zhì)量是14mH，上述碰撞都是彈性碰撞，求：

①該未知粒子的質(zhì)量；

②該未知粒子的初速度大小。

（2）光在介質(zhì)中與物質(zhì)微粒相互作用，因而傳播方向發(fā)生改變，這種現(xiàn)象叫做光的散射。美國(guó)物理學(xué)家康普頓在研究石墨對(duì)射線的散射時(shí)，發(fā)現(xiàn)在散射的射線中，除了與入射波長(zhǎng)相同的成分外，還有波長(zhǎng)大于的成分，這個(gè)現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)，它說(shuō)明了光具有粒子性的特征，其簡(jiǎn)化原理圖如下：

對(duì)于這種二維非對(duì)心碰撞，我們可以按照矢量的合成與分解的原理去分析和處理，在某次碰撞中，入射光子與靜止的無(wú)約束自由電子發(fā)生彈性碰撞，碰撞后光子的方向與原入射方向成α角，與電子碰后的速度方向恰好垂直，已知入射光波長(zhǎng)，普朗克恒量為h，光速為c。

①結(jié)合愛(ài)因斯坦的光子說(shuō)和質(zhì)能方程，試證明光子動(dòng)量，為光波波長(zhǎng)；

②求碰撞后電子的動(dòng)能和光子的動(dòng)量大小。

Answer 1

【答案】(1)① ②；(2)①根據(jù)愛(ài)因斯坦光子說(shuō)和質(zhì)能方程即證；② ，

【解析】

(1)設(shè)未知粒子的質(zhì)量為，初速度為：，

未知粒子跟靜止的氫原子核正碰時(shí)，由動(dòng)量守恒有：

機(jī)械能守恒有：

知粒子以相同速度跟靜止的氮原子核正碰時(shí)，由動(dòng)量守恒有：

機(jī)械能守恒有：

聯(lián)立解得：，；

(2) 根據(jù)愛(ài)因斯坦光子說(shuō)：,由質(zhì)能方程：E=mc2，得光子的動(dòng)量：；

如圖建立xoy坐標(biāo)系，

光子與電子碰撞前后，沿x方向的分動(dòng)量守恒：

光子與電子碰撞后，沿y方向的分動(dòng)量守恒：

聯(lián)立解得：光子的動(dòng)量為，

碰前光子的能量為：，碰后光子的能量為：，所以碰后電子的能量為： 。