Question

1998年6月，我國科學家和工程師參與研制的阿爾法磁譜儀由發現號航天飛機搭載升空，探測宇宙中是否有反物質．我們都知道組成物質的原子是由帶正電的原子核及帶負電的電子組成，原子核由質子和中子組成，而反物質的原子則由帶負電的反原子核及帶正電的正電子組成，反原子核由反質子和反中子組成．與質子、中子、電子等這些物質粒子相對應的反質子、反中子、反電子等稱為反粒子．由于反粒子具有與相應粒子完全相同的質量和相反的電磁性質，故可用下述方法探測：
如圖所示，設圖中各粒子或反粒子以相同速度沿O’O方向垂直于勻強磁場B進入橫截面為MNPQ的磁譜儀，且氫原子核（

1 1

H）在Ox軸上的偏轉位移x₀恰為其軌道半徑r的一半．試預言反氦核（

4 -2

He）的軌跡及其在Ox軸上的偏轉位移x₁．如果預言正確，當人們觀測到這樣的軌跡時就可證明已經探測到了反氦核．

Answer 1

分析：（1）根據左手定則，及運動的方向，可畫出運動軌跡圖；
（2）根據牛頓第二定律，由洛倫茲力提供向心力，并由幾何關系，即可求解．

解答：解：反粒子在勻強磁場中運動，因為帶負電，軌跡如答圖
由qBv=m

v2

r

得氫原子核運動半徑 r=

mv

eB

反氦核運動半徑 r₁=

4mv

2eB

=2r
由幾何關系可知 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軸上的偏轉位移x1=-(2-

13

2

)r．

點評：考查左手定則與牛頓第二定律的應用，學會畫出運動軌跡圖，注意幾何關系的運用．