2.如圖甲為科技小組的同學們設(shè)計的一種靜電除塵裝置示意圖,其主要結(jié)構(gòu)為一長為L、寬為b、高為d的矩形通道,其前、后板使用絕緣材料,上、下板使用金屬材料。圖乙是該主要結(jié)構(gòu)的截面圖,上、下兩板與輸出電壓可調(diào)的高壓直流電源(內(nèi)電阻可忽略不計)相連。質(zhì)量為m、電荷量為q的分布均勻的帶負電的塵埃,無初速度地進入A、B兩極板間的加速電場。已知A、B兩極板間加速電壓為U
0,塵埃加速后全都獲得相同的水平速度,此時單位體積內(nèi)的塵埃數(shù)為n,塵埃被加速后進入矩形通道,當塵埃碰到下極板后其所帶電荷被中和,同時塵埃被收集。通過調(diào)整高壓直流電源的輸出電壓U可以改變收集效率η(被收集塵埃的數(shù)量與進入矩形通道塵埃的數(shù)量的比值)。塵埃所受的重力、空氣阻力及塵埃之間的相互作用均可忽略不計。在該裝置處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時:
(1)塵埃進入矩形通道時的速度是多少?
(2)導出在較短的一段時間Δt內(nèi),A、B兩極板間加速電場對塵埃所做的總功;
(3)若改變直流電源的輸出電壓,該除塵裝置的收集效率是否變化?如果變化,請推導出收集效率η隨直流電源輸出電壓U變化的函數(shù)關(guān)系式.