这个问题见于早些年某些参考资料中,而为了高中生能解题,都假设粒子最后的运动方向是水平的。
粒子运动轨迹是很复杂的。我们可以列出牛顿定律方程求解。见下面图中
由方程大概能得出一个周期性的运动轨迹,类似于yjiqvss用仿真物理实验室所做的图线。
轨迹的凹陷程度与 mg 与qB的比值有关,一般说来 mg越大,图像越深,周期越长。
问题是这个问题如何给高中生讲,能不能给他们讲。
我想了一个办法,请大家指教:
由于存在着不在竖直方向的洛伦兹力,故图像必向水平方向偏弯。最终会出现一个速度为水平方向的拐点。如图(1)。
在这个位置上,如果发生时间反演,粒子以相同的反向速度反方向运动回去,在各个时刻,粒子的速度、受力和加速度,必然与原先相同。于是,粒子将按原来的轨迹反向运动,两个运动轨迹重合(图2)。
如果在拐点时粒子按原来的方向运动,那么在此后的运动中,每一位置每一时刻的速度、受力和加速度都将和原来对称(镜像对称)。于是粒子运动的轨迹也将与原来的轨迹镜像对称,出现类似于yjiqvss所做的图线。(图3)
这个解释中用了对称的思想,也许更深刻和“时耄”。