(15分) 如圖所示是放置在豎直平面內(nèi)游戲滑軌的裝置，滑軌由四部分粗細(xì)均勻的金屬桿組成：水平直軌AB，半徑分別為和的弧形軌道，傾斜直軌CD長(zhǎng)為且表面粗糙，動(dòng)摩擦因數(shù)為其他三部分表面光滑，AB、CD與兩圓形軌道相切．現(xiàn)有甲、乙兩個(gè)質(zhì)量為的小球穿在滑軌上，甲球靜止在B點(diǎn),乙球從AB的中點(diǎn)E處以的初速度水平向左運(yùn)動(dòng),兩球在整個(gè)過(guò)程中的碰撞均無(wú)能量損失．即甲乙兩球每次發(fā)生碰撞后，甲、乙兩球的速度都發(fā)生交換。已知 (取求：

(1)甲球第一次通過(guò)⊙的最低點(diǎn)F處時(shí)對(duì)軌道的壓力；

(2)小球每一次通過(guò)CD的過(guò)程中，克服摩擦力做的功；

(3) 在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩球相撞次數(shù)；

(4) 兩球分別通過(guò)CD段的總路程。

(15分) 如圖所示，位于豎直平面內(nèi)的坐標(biāo)系xoy，在其第三象限空間有沿水平方向的、垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.5T，還有沿x軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)大小為E=2N/C．在其第一象限空間有沿y軸負(fù)方向的、場(chǎng)強(qiáng)大小也為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)，并在y>h=0.4m的區(qū)域有磁感應(yīng)強(qiáng)度也為B的垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．一個(gè)帶電荷量為q的油滴從圖中第三象限的P點(diǎn)得到一初速度，恰好能沿PO作直線運(yùn)動(dòng)（PO與x軸負(fù)方向的夾角為θ=45^O），并從原點(diǎn)O進(jìn)入第一象限．已知重力加速度g=10m/s²，問(wèn)：

（1）油滴的電性；

（2）油滴在P點(diǎn)得到的初速度大��；

（3）油滴在第一象限運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和離開(kāi)第一象限處的坐標(biāo)值。

(15分)如圖甲，A、B兩板間距為，板間電勢(shì)差為U，C、D兩板間距離和板長(zhǎng)均為L，兩板間加一如圖乙所示的電壓.在S處有一電量為q、質(zhì)量為m的帶電粒子，經(jīng)A、B間電場(chǎng)加速又經(jīng)C、D間電場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后進(jìn)入一個(gè)垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感強(qiáng)度為B.不計(jì)重力影響，欲使該帶電粒子經(jīng)過(guò)某路徑后能返回S處.求：

(1)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的寬度L′至少為多少?

(2)該帶電粒子周期性運(yùn)動(dòng)的周期T。

(15分)1951年，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了“電子偶數(shù)”，所謂“電子偶數(shù)”就是由一個(gè)負(fù)電子和一個(gè)正電子繞它們的質(zhì)量中心旋轉(zhuǎn)形成的相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng).已知正、負(fù)電子的質(zhì)量均為m_e，普朗克常數(shù)為h，靜電力常量為k，假設(shè)“電子偶數(shù)”中正、負(fù)電子繞它們質(zhì)量中心做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r、運(yùn)動(dòng)速度v及電子的質(zhì)量滿足量子化理論：2m_ev_nr_n=nh/2π，n=1，2……“電子偶數(shù)”的能量為正負(fù)電子運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和系統(tǒng)的電勢(shì)能之和，已知兩正負(fù)電子相距為L時(shí)的電勢(shì)能為E_p=-k，試求n=1時(shí)“電子偶數(shù)”的能量。

(15分)據(jù)有關(guān)資料介紹，受控核聚變裝置中有極高的溫度，因而帶電粒子將沒(méi)有通常意義上的“容器”可裝，而是由磁場(chǎng)約束帶電粒子運(yùn)動(dòng)使之束縛在某個(gè)區(qū)域內(nèi).現(xiàn)按下面的簡(jiǎn)化條件來(lái)討論這個(gè)問(wèn)題：如圖所示是一個(gè)截面為內(nèi)徑R_１＝0.6 m、外徑R₂=1.2 m的環(huán)狀區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有垂直于截面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng).已知氦核的荷質(zhì)比=4.8×10⁷ C/kg，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.4 T，不計(jì)帶電粒子重力。

（1）實(shí)踐證明，氦核在磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)沿垂直于磁場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)速度v的大小與它在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r有關(guān)，試導(dǎo)出v與r的關(guān)系式；

（2）若氦核在平行于截面從A點(diǎn)沿各個(gè)方向射入磁場(chǎng)都不能穿出磁場(chǎng)的外邊界，求氦核的最大速度。