3 . 如图所示，P、Q为等离子体发电机的两个极板，M、N为平行板电容器的两个极板，它们通过导线相连，极板P与Q之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，P与Q的间距为d，极板M与N的长度为3L，二者之间的距离为2L。以极板N右侧边缘O点为原点建立直角坐标系，在第四象限内存在一边界与x轴重合的矩形匀强磁场（图中未画出），磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里。一束等离子体（高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）沿x轴正方向喷入极板P与Q之间的磁场中。一电荷量为、质量为m的带正电粒子以速度沿平行于极板M、N的方向从紧挨极板M左边缘的A点射入极板M、N之间，恰好从O点进入第四象限，经过x轴时速度与x轴垂直，不计粒子的重力和电容器的边缘效应，求：
（1）极板M、N之间电场强度的大小；
（2）等离子体喷入极板P与Q之间的速度大小；
（3）矩形磁场区域的最小面积。

7 . 物理现象的分析常常有宏观与微观两个视角，建构合理化模型找出其内在联系，有助于更加深刻理解其物理本质。
（1）如图甲所示，直流电源、开关、导线与金属棒ab组成一个电路。从微观角度看，开关闭合时，电源两端电压会在金属棒内部形成恒定电场，每个自由电子都在电场力作用下开始定向运动，但这些电子会与导体棒中的金属正离子发生碰撞，碰撞后电子向各方向运动的机会相同，沿导线方向的定向运动速度变为0；此后自由电子再加速、再碰撞……，这种定向运动在宏观上形成了电流。已知电源两端电压为U，金属棒的长度为L，横截面积为S，单位体积内自由电子数为n，电子的质量为m，电荷量为e，连续两次碰撞间隔的平均时间为t₀，碰撞时间不计。仅在自由电子和金属正离子碰撞时才考虑粒子间的相互作用，导线及开关的电阻不计。
a．求自由电子定向运动时的加速度大小a；
b．求t₀时间内自由电子定向运动的平均速率v₀；
c．推导金属棒中形成电流I的表达式；
（2）某同学受磁流体发电机的启发，设计了一种新型发电装置。如图乙所示，将发电装置、开关、导线与电阻组成一个电路，这种新型发电装置可视为直流电源。从微观角度看，两面积足够大的平行金属极板A、C间有一个垂直纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场，将一束带正电的离子流以速度v沿垂直于B的方向喷入磁场，带正电的离子在洛伦滋力作用下向A极板偏转，由于静电感应在C极板上感应出等量的负电荷。宏观上A、C两板间产生电势差，可为阻值为R的外电阻供电。已知每个离子的质量均为m，电荷量为+q，单位时间内沿垂直极板方向上单位长度喷射的正离子个数为n，A、C两板间距为d，且d大于。忽略离子的重力及离子间的相互作用力。
a．只闭合开关S₁外电路短路，求短路电流I_m；
b．只闭合开关S₂，电路中电流稳定后，若单位时间内打在极板A上的离子数为N，请写出N与R的关系式。