Question

1998年6月，我國(guó)科學(xué)家和工程師參與研制的阿爾法磁譜儀由發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)搭載升空，探測(cè)宇宙中是否有反物質(zhì)．我們都知道組成物質(zhì)的原子是由帶正電的原子核及帶負(fù)電的電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成，而反物質(zhì)的原子則由帶負(fù)電的反原子核及帶正電的正電子組成，反原子核由反質(zhì)子和反中子組成．與質(zhì)子、中子、電子等這些物質(zhì)粒子相對(duì)應(yīng)的反質(zhì)子、反中子、反電子等稱為反粒子．由于反粒子具有與相應(yīng)粒子完全相同的質(zhì)量和相反的電磁性質(zhì)，故可用下述方法探測(cè)：
如圖所示，設(shè)圖中各粒子或反粒子以相同速度沿O’O方向垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B進(jìn)入橫截面為MNPQ的磁譜儀，且氫原子核（

1 1

H）在Ox軸上的偏轉(zhuǎn)位移x₀恰為其軌道半徑r的一半．試預(yù)言反氦核（

4 -2

He）的軌跡及其在Ox軸上的偏轉(zhuǎn)位移x₁．如果預(yù)言正確，當(dāng)人們觀測(cè)到這樣的軌跡時(shí)就可證明已經(jīng)探測(cè)到了反氦核．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)左手定則，及運(yùn)動(dòng)的方向，可畫出運(yùn)動(dòng)軌跡圖；
（2）根據(jù)牛頓第二定律，由洛倫茲力提供向心力，并由幾何關(guān)系，即可求解．

解答：解：反粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閹ж?fù)電，軌跡如答圖
由qBv=m

v2

r

得氫原子核運(yùn)動(dòng)半徑 r=

mv

eB

反氦核運(yùn)動(dòng)半徑 r₁=

4mv

2eB

=2r
由幾何關(guān)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：反氦核的軌跡如圖，其在Ox軸上的偏轉(zhuǎn)位移x1=-(2-

13

2

)r．

點(diǎn)評(píng)：考查左手定則與牛頓第二定律的應(yīng)用，學(xué)會(huì)畫出運(yùn)動(dòng)軌跡圖，注意幾何關(guān)系的運(yùn)用．