如图甲所示,真空区域内有一粒子源A,能每隔的时间间隔定时地沿AO方向向外发出一个粒子.虚线右侧为一有理想边界的相互正交的匀强电场和匀强磁场区域,离虚线距离为L的位置处有一荧光屏,粒子打到荧光屏上将使荧光屏上出现一个亮点.虚线和荧光屏相互平行,而AO与荧光屏相互垂直.如果某时刻粒子运动到虚线位置开始计时(记为t=0),加上如图乙所示周期性变化的电、磁场,场强大小关系为=B(其中为粒子到达虚线位置时的速度大小),发现t=等时刻到达虚线位置的粒子在t=2T时刻到达荧光屏上的O点;在t=时刻到达虚线位置的粒子打到荧光屏上的P点,且OP之间的距离为,试根据以上条件确定,荧光屏上在哪些时刻,在什么位置有粒子到达?

由于t=时刻到达虚线的粒子在=2T时刻到达荧光屏上的O点,而在t=~t=2T期间电场和磁场都为零,粒子沿直线运动到O点,说明粒子的重力不计,故:
(1)t=0时刻进入的粒子受到的电场力和洛伦兹力平衡,故做匀速直线运动,在t=时刻到达O点.
(2)t=时刻进入的粒子只受电场力作用,做类平抛运动,t=T时刻到达P点,OP=.
(3)t=T时刻进入的粒子只受洛伦兹力作用,则得
x=v0•=L
得=或v0T=2L
由y=••()2=得
=
又由qv0B=m,联立得R==L
粒子在磁场中运动的周期为 T0==πT
设经过时间即时刻粒子运动到F点,设此过程中粒子转过的圆心角为θ,则
=,则得θ=1rad
以后粒子不受力做匀速直线运动的打到Q点,由QO点间的距离为
yQO=(L-Lcosθ)+(L-Lsinθ)tanθ=(L-Lcos1)+)+(L-Lsin1)tan1;
(4)t=时刻到达虚线位置的粒子做匀速直线运动在t=2T时刻到达荧光屏上的O点;
(5)以后重复,即:t=2kT(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达O点;
t=(2k+)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+1)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达P点;
t=(2k+1)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+1)T++(k=0,1,2,3,…)时刻到达Q点;
t=(2k+)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+2)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达O点.
答:
t=2kT(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达O点;
t=(2k+)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+1)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达P点;
t=(2k+1)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+1)T++(k=0,1,2,3,…)时刻到达Q点;
t=(2k+)T(k=0,1,2,3,…)时刻到虚线位置的粒子,在t=(2k+2)T(k=0,1,2,3,…)时刻到达O点.