江苏省一道物理高考题!

从图2可以看出,电场和磁场只是交替出现,存在的时间间隔都是完全一样的。一般来说,有电场就没有磁场,有磁场就没有电场。磁场和电场的占据时间是完全一样的,不同的是磁场的方向会周期性变化。

分析完图再看质点的运动。如果粒子要做往复运动,可以猜测以下运动场景。

在t=T/2时,粒子被电场加速,在t=T时,运动到X轴上的某一点,设为A点,有一定的速度。

在t=T的时刻,电场消失,取而代之的是垂直向内的磁场。根据左手定则,洛伦兹力方向向上,粒子向上偏转,做圆周运动。这个时期的时间周期是t。

t=2T时刻,质点速度方向是X轴的负方向,在此期间质点做半圆周运动,速度方向完全改变。设这个点为Q点,此时磁场消失,电场出现,粒子减速。

t=2.5T时,刚好到达Y轴上设定为B的点。

t=3T时,回到Q点,电场消失,磁场出现,但与上次磁场向外不同。

t=4T时,粒子沿原轨迹返回A点。

所以粒子可以在OAQB的四点钟往复运动。

如果质点能按照这个思路往复运动,必须满足的条件是“在t=2T的时刻,质点速度方向是X轴的负方向,期间质点做了半圆周运动”,否则质点不能往复运动。运动轨迹见示意图。

所以时间周期T正好是圆周运动的半个周期,周期公式T'=2πm/qB0。

因此满足T=πm/qB0,B0=πm/qT。