如圖所示,間距L=2.0m的平行金屬導(dǎo)軌放置在絕緣水平面上,導(dǎo)軌左端連接輸出電流I=0.5A的恒流源.空間分布兩個寬度分別為
和
、間距D=2.0m的勻強磁場區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,兩磁場磁感應(yīng)強度大小均為B=0.5T,方向均豎直向下。質(zhì)量m=0.5kg、電阻為R
1的導(dǎo)體棒靜止于區(qū)域Ⅰ左邊界,質(zhì)量m=0.5kg、邊長為0.5D、電阻R
2=2.0Ω的正方形單匝線框的右邊緊靠區(qū)域Ⅱ左邊界;一豎直固定擋板與區(qū)域Ⅱ的右邊界距離為0.5D。某時刻閉合開關(guān)S,導(dǎo)體棒開始向右運動。已知導(dǎo)體棒與線框、線框與豎直擋板之間均發(fā)生彈性碰撞,導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌接觸并且相互垂直,不計一切摩擦和空氣阻力。求:
(1)導(dǎo)體棒第一次離開區(qū)域Ⅰ時的速度大小v
1;
(2)線框與導(dǎo)體棒從第1次碰撞至它們第2次碰撞過程中,線框產(chǎn)生的焦耳熱Q;
(3)線框與導(dǎo)體棒碰撞的次數(shù)n,以及導(dǎo)體棒在磁場區(qū)域Ⅰ中運動的總時間t
總。