電磁炮是利用磁場對通電導(dǎo)體的作用使炮彈加速的,其原理示意圖如圖所示,假設(shè)圖中直流電源電動勢為E=35V,電容器的電容為C=2F。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l=1m,電阻不計(jì)。炮彈可視為一質(zhì)量為m=2kg、電阻為R=5Ω的金屬棒MN,垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài),并與導(dǎo)軌良好接觸。首先開關(guān)S接1,使電容器完全充電;然后將S接至2,導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=2T的勻強(qiáng)磁場,MN開始向右加速運(yùn)動,經(jīng)過一段時(shí)間后回路中電流為零,MN達(dá)到最大速度,之后離開導(dǎo)軌。問:
(1)直流電源的a端為正極還是負(fù)極;
(2)MN離開導(dǎo)軌時(shí)的最大速度的大??;
(3)已知電容器儲藏的電場能為
,導(dǎo)體棒從開始運(yùn)動到離開軌道的過程中,導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的焦耳熱的大小。(電磁輻射可以忽略)