【分析】(1)由动能定理求解粒子射出加速器的速度,根据对称性可知,粒子射出平移器时的速度大小v1=v0。
(2)粒子在第一个偏转电场中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,竖直方向做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律求得加速度,由运动学位移公式求得竖直位移;粒子在两偏转电场间做匀速直线运动,y=vt公式求得竖直位移,即可求得粒子竖直总位移表达式。当加速电压变为4U0时欲使粒子仍从A点射入待测区域,粒子竖直总位移不变,再求解此时的偏转电压U;
(3)根据粒子刚射入时的受力大小,分析电场强度和磁感应强度的大小及可能的方向。(a)由沿x轴方向射入时,B平行于x轴,由F=qE求得E;(b)由沿±y轴方向射入时的受力情况可知:E与Oxy平面平行,根据力的合成,求得洛伦兹力f的大小,f=qv1B,即可求得B;(c)设电场方向与x轴方向夹角为α. 若B沿x轴方向,由沿z轴方向射入时的受力情况,由力的合成法求得α。
(2)在第一个偏转电场中,设粒子的运动时间为t
在离开时,竖直分速度 vy=at
水平位移 l=v1t
粒子在两偏转电场间做匀速直线运动,经历时间也为t。
竖直位移 y2=vyt
由题意知,粒子竖直总位移 y=2y1+y2
欲使粒子仍从A点射入待测区域,y不变,则当加速电压为4U0时,U=4U1
(b)由沿±y轴方向射入时的受力情况可知:E与Oxy平面平行,则
且 f=qv1B
(c)设电场方向与x轴方向夹角为α.
若B沿x轴方向,由沿z轴方向射入时的受力情况得
解得,α=30°或α=150°
即 E与Oxy平面平行且与x轴方向的夹角为30°或150°。
同理,若B沿﹣x轴方向,
E与Oxy平面平行且与x轴方向的夹角为﹣30°或﹣150°。
(2)当加速电压变为4U0时,欲使粒子仍从A点射入待测区域,此时的偏转电压U为4U1;
(3)该区域中电场强度和磁感应强度的大小及可能的方向为:
(c)E与Oxy平面平行且与x轴方向的夹角为30°或150°.若B沿﹣x轴方向,E与Oxy平面平行且与x轴方向的夹角为﹣30°或﹣150°。
【点评】本题是带电粒子在电场、磁场及复合场中运动的问题,分析粒子的运动情况是解题的基础,关键是把握解题的规律。