(1)依题知粒子在磁场中受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动,设圆周运动半径为R,周期为T,由牛顿第二定律得
qvB=m
m v 2
R
则得 R=
mv
qB ,T=
2πR
v =
2πm
qB
反质子的轨道半径为R P′=
mv
eB ,周期为T P′=
2πm
eB
α粒子的轨道半径为 R α=
4mv
2eB =
2mv
eB
T α=
2π?4m
2eB =
4πm
eB
它们的运动轨迹如图所示,由几何知识知,反质子运动的轨迹对应的圆心角为θ 1=60°=
π
3
α粒子运动的轨迹对应的圆心角为θ 2=120°=
2π
3
则反质子在磁场中运动的时间为 t P′=
1
6 T P′=
1
6 ×
2πm
eB =
mπ
3eB
α粒子在磁场中运动的时间为t α=
1
3 T α=
4πm
3eB
∴反质子和α粒子在磁场中运动时间之比是
t P′
t α =
1
4
(2)反质子和α粒子这两个粒子射出磁场区时的横坐标和纵坐标分别为x P′和y α.
根据几何知识得
x P′=2R P′sin30° y α=2R α=2
3
mv
eB
∴反质子和α粒子射出磁场区时的位置坐标分别为(
mv
eB ,0)和(0,2
3
mv
eB ).
答:
(1)反质子和α粒子在磁场中运动时间之比是
1
4 .
(2)反质子和α粒子射出磁场区时的位置坐标分别为(
mv
eB ,0)和(0,2
3
mv
eB ).