如图所示,水平轨道与半径为
r的半圆弧形轨道平滑连接于
S点,两者均光滑且绝缘,并安装在固定的竖直绝缘平板上。在平板的上下各有一个块相互正对的水平金属板
P、
Q,两板间的距离为
D.半圆轨道的最高点
T、最低点
S、及
P、
Q板右侧边缘点在同一竖直线上.装置左侧有一半径为
L的水平金属圆环,圆环平面区域内有竖直向下、磁感应强度大小为
B的匀强磁场,一个根长度略大于
L的金属棒一个端置于圆环上,另一个端与过圆心

的竖直转轴连接,转轴带动金属杆逆时针转动(从上往下看),在圆环边缘和转轴处引出导线分别与
P、
Q连接,图中电阻阻值为
R,不计其它电阻,右侧水平轨道上有一带电量为+
q、质量为

m的小球1以速度

,向左运动,与前面静止的、质量也为

m的不带电小球2发生碰撞,碰后粘合在一起共同向左运动,小球和粘合体均可看作质点,碰撞过程没有电荷损失,设
P、
Q板正对区域间才存在电场.重力加速度为
g.
(1)计算小球1与小球2碰后粘合体的速度大小
v;
(2)若金属杆转动的角速度为

,计算图中电阻R消耗的电功率
P;
(3)要使两球碰后的粘合体能从半圆轨道的最低点
S做圆周运动到最高点
T,计算金属杆转动的角速度的范围.
