如圖所示，A、B是兩塊豎直放置的平行金屬板，相距為2L，分別帶有等量的正、負電荷，在兩板間形電場強度大小為E勻強電場．A板上有一小孔（它的存在對兩板間勻強電場分布的影響可忽略不計），孔中有一條與板垂直的水平光滑絕緣軌道，一個質量為m，電荷量為q（q＞0）的小球（可視為質點），在外力作用下靜止在軌道的中點P處．一自然長度為L的輕彈簧左端固定在距A板左側L處擋板上，右端固定一塊輕小的絕緣材料制成的薄板Q．撤去外力釋放帶電小球，它將在電場力作用下由靜止開始向左運動，穿過小孔后（不與金屬板A接觸）與薄板Q一起壓縮彈簧，由于薄板Q及彈簧的質量都可以忽略不計，可認為小球與Q接觸過程中不損失機械能．小球從接觸Q開始，經過一段時間第一次把彈簧壓縮至最短，然后又被彈簧彈回．由于薄板Q的絕緣性能有所欠缺，使得小球每次離開Q瞬間，小球的電荷量都損失一部分，而變成剛與Q接觸時小球電荷量的

1

k

（k＞l）．求：
（1）彈簧第一次壓縮到最左邊時的彈性勢能；
（2）小球在與B板相碰之前，最多能與薄板Q碰撞多少次；
（3）設A板的電勢為零，當k=2，且小孔右側的軌道粗糙與帶電小球間的滑動摩擦力Ff=

qE

4

時，求帶電小球初、末狀態的電勢能變化量．

如圖所示，A、B是兩塊豎直放置的平行金屬板，相距為2L，分別帶有等量的正、負電荷，在兩板間形電場強度大小為E勻強電場。A板上有一小孔（它的存在對兩板間勻強電場分布的影響可忽略不計），孔中有一條與板垂直的水平光滑絕緣軌道，一個質量為m，電荷量為q（q>0）的小球（可視為質點），在外力作用下靜止在軌道的中點P處。一自然長度為L的輕彈簧左端固定在距A板左側L處擋板上，右端固定一塊輕小的絕緣材料制成的薄板Q。撤去外力釋放帶電小球，它將在電場力作用下由靜止開始向左運動，穿過小孔后（不與金屬板A接觸）與薄板Q一起壓縮彈簧，由于薄板Q及彈簧的質量都可以忽略不計，可認為小球與Q接觸過程中不損失機械能。小球從接觸Q開始，經過一段時間第一次把彈簧壓縮至最短，然后又被彈簧彈回。由于薄板Q的絕緣性能有所欠缺，使得小球每次離開Q瞬間，小球的電荷量都損失一部分，而變成剛與Q接觸時小球電荷量的（k>l）。求：
（1）彈簧第一次壓縮到最左邊時的彈性勢能；
（2）小球在與B板相碰之前，最多能與薄板Q碰撞多少次；
（3）設A板的電勢為零，當k=2，且小孔右側的軌道粗糙與帶電小球間的滑動摩擦力時，求帶電小球初、末狀態的電勢能變化量。

如圖甲所示，在空心三棱柱CDF以外足夠大的空間中，充滿著磁感應強度為B的勻強磁場．三棱柱的軸線與磁場平行，截面邊長為L，三棱柱用絕緣薄板材料制成，其內部有平行于CD側面的金屬板P、Q，兩金屬板間的距離為d，P板帶正電，Q板帶負電，Q板中心有一小孔，P板上與小孔正對的位置有一個粒子源S，從S處可以發出初速度為0、帶電量為+q、質量為m的粒子，這些粒子與三棱柱側面碰撞時無能量損失．試求：
（1）為使從S點發出的粒子最終又回到S點，P、Q之間的電壓U應滿足什么條件？（Q與CD之間距離不計）
（2）粒子從S點出發又回到S點的最短時間是多少？
（3）若磁場是半徑為a的圓柱形區域，如圖乙所示，圓柱的軸線與三棱柱的軸線重合，且a=（

3

3

+

1

10

）L，要使S點發出的粒子最終又回到S點，則P、Q之間的電壓不能超過多少？