题目如下:
未知粒子具有特定的质量,只不过这个质量是未知的,是我们需要求的。
未知粒子可以与静止的氢原子核和静止的氮原子核发生碰撞,这意味着未知粒子(从它们的“源”出来以后)是运动的,但是,未知粒子(从源出来以后)的速度是不是一定的呢?即,与静止的氢原子核发生碰撞前未知粒子的速度,和与静止的氮原子核发生碰撞前未知粒子的速度,是不是一样大呢?题目没有说得很明确。
可是,把第一个句号前的话认真读一遍,你会发现,题目是在说:这种未知粒子具有特定的质量和速度(在与别的粒子碰撞之前)。
当然,它的质量和速度都是未知的。题目要我们求它的质量,而没要我们求它碰撞前的速度。但这个速度(也许)也是可以求出来的。
我们想求出未知粒子的质量,我们拥有的线索是(即题目中给出的条件):
1, 它与静止的氢原子核正碰后,氢原子核获得的速度,
2, 它与静止的氮原子核正碰后,氮原子核获得的速度,
3, 氢原子核与氮原子核的质量。
对第3点要做一点说明。题目中只是用字母符号表示氢原子核的质量,并未告诉我们氢原子核的质量是多少千克。这样看来,氢原子核的质量好像也是未知量。
但是请注意,题目也并没要求我们算出未知粒子的质量是多少千克,而只要算出未知粒子质量与氢原子质量的关系。
这实际上相当于(你能理解吗)用氢原子质量做质量的单位,用这个单位来衡量其它粒子的质量。
所以,在这个问题中,我们要把氢原子的质量看成已知量。当然,氮原子的质量也是已知量。
题目中的碰撞都是正碰,所以,碰撞后未知粒子与氢(氮)原子核的速度,都沿着碰撞前未知粒子的速度所在的直线。问题是一维的。
碰撞都是弹性的,所以碰撞前后两个粒子的动能之和相等。
现在我们开始列出方程。为了写出方程,首先要用适当的字母表示有关的物理量,包括已知量与未知量。
现在很容易列出方程。
未知粒子与静止的氢原子核碰撞前后动量守恒:
动能守恒:
未知粒子与静止的氮原子核碰撞前后动量守恒:
动能守恒:
两个碰撞过程,一共4个方程。
我们先来清点一下,这4个方程中一共有几个未知量。
因为,一般情况下,有几个方程,就能够确定几个未知数的值。或者,为了确定几个未知数的值,就需要几个方程。
这个题目只叫我们求未知粒子的质量,但是,这问题中除了未知粒子的质量,还有3个量都是未知的,即未知粒子碰撞前的速度,未知粒子与氢原子核碰撞后的速度,未知粒子与氮原子核碰撞后的速度。
一共有4个未知量。我们正好有4个方程,所以能够求出所有这4个未知量的值。
但是,怎么求呢?有点无从下手。
这4个方程构成4元2次方程组。我们好像只学过解一元一次方程,二元一次方程组,一元二次方程。我们从来没学过怎么解4元2次方程组呀!
高中物理常常会遇到较为复杂的方程组。不少学生把方程列出来了,但是不知道怎么解,不知道怎样求出想找的那个物理量的值。
更要命的是,对于较为复杂的方程组,没有那种傻瓜式的好用的、固定的解法。
就比如,根据上面的方程组,怎样求出未知粒子的质量m呢?不同的人会用不同的方法,可以说没有一定之规。
你先试着解一下呢?下一回介绍怎样来解它。