Question

1998年6月，我國科學家和工程師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．我們知道物質的原子是由帶正電的原子核及帶負電的電子組成，原子核是由質子和中子組成，而反物質的原子則是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、反電子等均稱為反粒子．由于反粒子具有與相應粒子完全相同的質量及相反的電磁性質，故可用下述方法探測：如圖14所示，設圖中各粒子或反粒子沿垂直于勻強磁場B方向（）進入橫截面為MNPQ的磁譜儀時速度相同，若氫（）原子核在Ox軸上的偏轉位移為，且恰為其軌道半徑的一半．

（1）請畫出反氫核（）和反氦核（）的軌跡；

（2）求出它們在Ox軸上的偏轉位移和．

Answer 1

設質子的質量為m，電荷量為q，據題意有：（r為質子的軌道半徑） ①（2分）        ②（2分）

由于反氫核（反質子）質量為m，電荷量為-q，故其軌道半徑r1=r，但偏轉方向相反．即：

x1=-x0                        ③（2分）

由于反氦核（反????粒子）的質量為4m，電量為-2q，同理，軌道半徑

　④（2分）

由圖中幾何關系可知：

        ⑤（2分）

反氫核和反氦核的運動軌跡如圖2所示．（3分）

解析:

設質子的質量為m，電荷量為q，據題意有：（r為質子的軌道半徑） ①（2分）        ②（2分）

由于反氫核（反質子）質量為m，電荷量為-q，故其軌道半徑r1=r，但偏轉方向相反．即：

x1=-x0                        ③（2分）

由于反氦核（反????粒子）的質量為4m，電量為-2q，同理，軌道半徑

　④（2分）

由圖中幾何關系可知：

        ⑤（2分）

反氫核和反氦核的運動軌跡如圖2所示．（3分）