12. 科学家设想在宇宙中可能存在完全由反粒子构成的反物质.例如:正电子就是电子的反粒子,它跟电子相比较,质量相等、电量相等但电性相反.如图是反物质探测卫星的探测器截面示意图.
MN上方区域的平行长金属板
AB间电压大小可调,平行长金属板
AB间距为
d,匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里.
MN下方区域I、II为两相邻的方向相反的匀强磁场区,宽度均为3
d,磁感应强度均为
B,
ef是两磁场区的分界线,
PQ是粒子收集板,可以记录粒子打在收集板的位置.通过调节平行金属板
AB间电压,经过较长时间探测器能接收到沿平行金属板射入的各种带电粒子.已知电子、正电子的比荷是
b,不考虑相对论效应、粒子间的相互作用及电磁场的边缘效应.
(1)要使速度为v的正电子匀速通过平行长金属极板
AB,求此时金属板
AB间所加电压
U;
(2)通过调节电压
U可以改变正电子通过匀强磁场区域I和II的运动时间,求沿平行长金属板方向进入
MN下方磁场区的正电子在匀强磁场区域I和II运动的最长时间
tm;
(3)假如有一定速度范围的大量电子、正电子沿平行长金属板方向匀速进入
MN下方磁场区,它们既能被收集板接收又不重叠,求金属板
AB间所加电压
U的范围.