Question

1998年6月，我国科学家和工程师参与研制的阿尔法磁谱仪由发现号航天飞机搭载升空，探测宇宙中是否有反物质．我们都知道组成物质的原子是由带正电的原子核及带负电的电子组成，原子核由质子和中子组成，而反物质的原子则由带负电的反原子核及带正电的正电子组成，反原子核由反质子和反中子组成．与质子、中子、电子等这些物质粒子相对应的反质子、反中子、反电子等称为反粒子．由于反粒子具有与相应粒子完全相同的质量和相反的电磁性质，故可用下述方法探测：
如图所示，设图中各粒子或反粒子以相同速度沿O’O方向垂直于匀强磁场B进入横截面为MNPQ的磁谱仪，且氢原子核（

1 1

H）在Ox轴上的偏转位移x₀恰为其轨道半径r的一半．试预言反氦核（

4 -2

He）的轨迹及其在Ox轴上的偏转位移x₁．如果预言正确，当人们观测到这样的轨迹时就可证明已经探测到了反氦核．

Answer 1

分析：（1）根据左手定则，及运动的方向，可画出运动轨迹图；
（2）根据牛顿第二定律，由洛伦兹力提供向心力，并由几何关系，即可求解．

解答：解：反粒子在匀强磁场中运动，因为带负电，轨迹如答图
由qBv=m

v2

r

得氢原子核运动半径 r=

mv

eB

反氦核运动半径 r₁=

4mv

2eB

=2r
由几何关系可知 O′O=rcos30°=

3

2

r
CO₂=

(2r)2-O′O

=

13

2

r
x₁=-（2r-O₂C）=-（2-

13

2

）r
答：反氦核的轨迹如图，其在Ox轴上的偏转位移x1=-(2-

13

2

)r．

点评：考查左手定则与牛顿第二定律的应用，学会画出运动轨迹图，注意几何关系的运用．