如图所示，长为L的轻质细线，一端固定在O₁，另一端固定一质量为m、电荷量为+q的小球，O₁ O₂为竖直线，其左侧存在着一个水平方向上的矩形形状的匀强电场，电场的下边界为水平线D O₂，紧邻匀强电场的下边界停放着一个质量为M=2m的滑块，初始时刻M静止在光滑的水平面上，滑块M上是一个以O₂为圆心光滑的四分之一圆弧，圆弧的最低点F与水平面相切与O₂的正下方．在O₁ O₂竖直线的右侧的光滑水平面上停放着质量均为m、间距均为S的粘性小物块（即碰撞后立刻粘为一体）．零时刻把小球拉到与O₁ 等高的A点使细线伸直，然后静止释放，小球摆到最左端的C点后返回，已知O₁C与竖直方向的夹角θ=37°．小球和小物块都可以看成质点且都与滑块M处在同一竖直平面内如图所示．m、+q、L、θ为已知量，电场强度E、圆弧的半径R及BO₂的高度h为未知量，空气阻力不计，重力加速度为g．
（1）求小球到达最低点B时对细线的拉力大小？
（2）O₁ O₂左侧的匀强电场的场强大小及方向？
（3）若小球第一次到达最低点B时细线突然断裂，其恰好从D点沿切线进入圆弧轨道，经过一段时间后进入光滑水平面，依次和右侧是小物块发生正碰并粘在一起．问圆弧的半径R及从小球与第一个滑块碰撞开始计时到与第n个滑块碰撞时结束，M滑块运动的位移．

在光滑绝缘的水平桌面上，有两个质量均为m，电量为+q的完全相同的带电粒子P₁和P₂，在小孔A处以初速度为零先后释放．在平行板间距为d的匀强电场中加速后，P₁从C处对着圆心进入半径为R的固定圆筒中（筒壁上的小孔C只能容一个粒子通过），圆筒内有垂直水平面向上的磁感应强度为B的匀强磁场．P₁每次与筒壁发生碰撞均无电荷迁移，P₁进入磁场第一次与筒壁碰撞点为D，∠COD=θ，如图所示．延后释放的P₂，将第一次欲逃逸出圆筒的P₁正碰圆筒内，此次碰撞刚结束，立即改变平行板间的电压，并利用P₂与P₁之后的碰撞，将P₁限制在圆筒内运动．碰撞过程均无机械能损失．设d=

5

8

πR，求：在P₂和P₁相邻两次碰撞时间间隔内，粒子P₁与筒壁的可能碰撞次数．
附：部分三角函数值

φ	2π 5	π 3	π 4	π 5	π 6	π 7	π 8	π 9	π 10
tanφ	3.08	1.73	1.00	0.73	0.58	0.48	0.41	0.36	0.32

在光滑绝缘的水平桌面上，有两个质量均为m，电量为+q的完全相同的带电粒子P₁和P₂，在小孔A处以初速度为零先后释放．在平行板间距为d的匀强电场中加速后，P₁从C处对着圆心进入半径为R的固定圆筒中（筒壁上的小孔C只能容一个粒子通过），圆筒内有垂直水平面向上的磁感应强度为B的匀强磁场．P₁每次与筒壁发生碰撞均无电荷迁移，P₁进入磁场第一次与筒壁碰撞点为D，∠COD=θ，如图所示．延后释放的P₂，将第一次欲逃逸出圆筒的P₁正碰圆筒内，此次碰撞刚结束，立即改变平行板间的电压，并利用P₂与P₁之后的碰撞，将P₁限制在圆筒内运动．碰撞过程均无机械能损失．设d=

5

8

πR，求：在P₂和P₁相邻两次碰撞时间间隔内，粒子P₁与筒壁的可能碰撞次数．
附：部分三角函数值

φ	2π 5	π 3	π 4	π 5	π 6	π 7	π 8	π 9	π 10
tanφ	3.08	1.73	1.00	0.73	0.58	0.48	0.41	0.36	0.32

如图所示，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，MN为其左边界。磁场中有一半径为R、轴线与磁场平行的金属圆筒，圆筒的圆心O到MN的距离OO₁=3R，OO₁所在直线与圆筒右侧壁交于A点，圆筒通过导线与电阻r₀，连接并接地。现有范围足够大的平行电子束以相同的速度从很远处垂直于MN向右射入磁场区。当金属圆筒最初不带电时，发现电子只能射到圆筒上以A点和C点为界的弧ADC上，而AEC弧上各点均不能接收到电子；当圆筒上电荷量达到相对稳定后，通过电阻r₀的电流恒为I。已知电子质量为m，电荷量为e，忽略运动电子间的相互作用，取大地或无穷远处电势为零。求：
（1）在最初圆筒上没有带电时，电子射入磁场时的初速度v₀；
（2）电阻r₀中的电流恒定时电阻r₀上端处的电势φ；
（3）电阻r₀中的电流恒定时电子到达圆筒时速度v的大小和金属圆筒的发热功率P。