13.質(zhì)譜儀是一種分離和檢測同位素的重要工具,其結(jié)構(gòu)原理如圖所示。區(qū)域Ⅰ為粒子加速器,加速電壓為U
1(未知);區(qū)域Ⅱ為速度選擇器,磁感應(yīng)強度大小為B
1,方向垂直紙面向里,電場方向水平向左,板間電壓為U
2,板間距離為d;區(qū)域Ⅲ為偏轉(zhuǎn)分離器,磁感應(yīng)強度大小為B
2,方向垂直紙面向里。讓氫的兩種同位素氕核
H和氘核
H,從同一位置A由靜止出發(fā)進入?yún)^(qū)域Ⅰ,設(shè)氕核
H的質(zhì)量為m,若氕核
H恰好沿圖中虛線經(jīng)區(qū)域Ⅱ從邊界線MN上的O點射入?yún)^(qū)域Ⅲ,擊中位于邊界線MN的照相底片的P點。忽略空氣阻力、粒子重力及粒子間相互作用力。
(1)求氕核
H進入?yún)^(qū)域Ⅱ的速度v的大小;
(2)現(xiàn)將區(qū)域Ⅰ和Ⅱ的電壓分別進行調(diào)節(jié),使氘核
H經(jīng)區(qū)域Ⅱ同樣沿直線從O點射入?yún)^(qū)域Ⅲ,也恰好擊中位于邊界線MN的照相底片的P點,求區(qū)域Ⅰ和Ⅱ前后兩次電壓
和
的比值;
(3)如果保持區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ的板間電壓U
1(未知)、U
2不變,氘核
H可以從區(qū)域Ⅱ飛出,請簡要分析說明氘核
H是從O點左側(cè)還是右側(cè)通過邊界線MN?測得氘核
H通過邊界MN時離O點的距離為
,求氘核
H離開區(qū)域Ⅱ時垂直于照相底片邊界線MN的速度豎直分量v
y。