如圖甲所示,M、N為豎直放置的兩塊正對(duì)的平行金屬板,圓形虛線為與N相連且接地的圓形金屬網(wǎng)罩(電阻不計(jì)),板M、N上正對(duì)的小孔S
1、S
2與網(wǎng)罩的圓心O三點(diǎn)共線,網(wǎng)罩的半徑為R,網(wǎng)罩內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),金屬收集屏PQ上各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離都為2R,兩端點(diǎn)P、Q關(guān)于連線S
1O對(duì)稱,屏PQ所對(duì)的圓心角θ=120°,收集屏通過(guò)阻值為r
0的電阻與大地相連,M、N間且接有如圖乙所示的隨時(shí)間t變化的電壓,U
MN=|U
0sin
t|,(式中U
0=
,周期T已知),質(zhì)量為m、電荷量為e的質(zhì)子連續(xù)不斷地經(jīng)S
1進(jìn)入M、N間的電場(chǎng),接著通過(guò)S
2進(jìn)入磁場(chǎng)。(質(zhì)子通過(guò)M、N的過(guò)程中,板間電場(chǎng)可視為恒定,質(zhì)子在S
1處的速度可視為零,整個(gè)過(guò)程中質(zhì)子的重力及質(zhì)子間相互作用均不計(jì)。)
(1)在t=
時(shí)刻經(jīng)S
1進(jìn)入的質(zhì)子在進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度的大小v
0;
(2)質(zhì)子在哪些時(shí)刻自S
1處進(jìn)入板間,穿出磁場(chǎng)后均能打到收集屏PQ上;
(3)若M、N之間的電壓恒為U
0,且每秒鐘進(jìn)入S
1的質(zhì)子數(shù)為N,則收集屏PQ電勢(shì)穩(wěn)定時(shí)的發(fā)熱功率為多少?