如图所示的竖直平面内,相距为d的不带电平行金属板M、N水平固定放置,与灯泡L、开关S组成回路并接地,上极板M与其上方空间的D点相距h,灯泡L的额定功率与电压分别为PL、UL。带电量为q的小物体以水平向右的速度v0从D点连续发射,落在M板其电荷立即被吸收,M板吸收一定电量后闭合开关S,灯泡能维持正常发光。设小物体视为质点,重力加速度为g,金属板面积足够大,M板吸收电量后在板面均匀分布,M、N板间形成匀强电场,忽略带电小物体间的相互作用。
(1)初始时带电小物体落在M板上的水平射程为多少?
(2)单位时间发射小物体的个数为多少?
(3)闭合开关S后,带电粒子Q以水平速度从匀强电场左侧某点进入电场,并保持速度穿过M、N板之间。现若在M、N板间某区域加上方向垂直于纸面的匀强磁场,使Q在纸面内无论从电场左侧任何位置以某水平速度进入,都能到达N板上某定点O,求所加磁场区域为最小时的几何形状及位置。
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