Question

1998年6月2日，我国科学家研究的阿尔法磁谱仪由“发现号”航天飞机搭载升空，用于探测宇宙中是否有反物质和暗物质，所谓反物质的原子（反原子）是由带负电的反原子核和核外的正电子组成，反原子核由反质子和反中子组成．与

1 1

H、

1 0

n、

1 -1

e等物质粒子相对应的

1 -1

H、

1 0

n、

0 1

e等称为反粒子．由于反粒子具有相应粒子完全相同的质量及相反的电荷，故可用下述方法探测．如图所示，设图中各粒子或反粒子沿垂直于匀强磁场B即射线OO'的方向进入截面为MNPQ的磁谱仪时速度相同，且氢原子核（

1 1

H）在Ox轴上的偏转位移x₀恰为其轨迹半径的一半，试预言反氢核（

1 -1

H）和反氦核（

4 -2

He）的轨迹及其在Ox轴上的偏转位移x₁和x₂．如果预言正确，那么当人们观测到上述这样的轨迹，就证明已经探测到了反氢和反氦的核．

Answer 1

分析：根据左手定则，及运动的方向，可画出运动轨迹图；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：轨迹如图
设质子的质量为m，电荷量为q，
据题意有：
qvB=

mv2

r

（r为质子的半径）
解得：
r=

mv

qB

=2x₀
又由于反氢核（反质子）质量为m，电荷量为-q，
故其轨道半径r₁=r，但偏转方向相反．即x₁=-x₀
由于反氦核（反α粒子）的质量为4m，电量为-2q，
同理，轨道半径r₂=

4mv

2qB

=2x
由图中几何关系可知：
x2=-(4-

13

)x0
答：
x₁=-x₀
x2=-(4-

13

)x0

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．