如圖,間距為L=1m的U形金屬導(dǎo)軌,一端接有電阻為R=0.1Ω的定值電阻,固定在高為h=0.8m的絕緣水平桌面上。質(zhì)量均為m=0.1kg的勻質(zhì)導(dǎo)體棒a和b靜止在導(dǎo)軌上,兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌垂直,接入電路的阻值均為R,與導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.1(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力),導(dǎo)體棒a距離導(dǎo)軌最右端距離為x=93m。整個(gè)空間存在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(圖中未畫出),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.1T。用沿導(dǎo)軌水平向右的恒力F=0.4N拉導(dǎo)體棒a,當(dāng)導(dǎo)體棒a運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌最右端時(shí),導(dǎo)體棒b剛要滑動(dòng),撤去F,導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌后落到水平地面上。(重力加速度取10m/s
2,不計(jì)空氣阻力,不計(jì)其他電阻)求:
(1)導(dǎo)體棒a剛要離開導(dǎo)軌時(shí),通過電阻R的電流I及導(dǎo)體棒a的速度大小v;
(2)導(dǎo)體棒a由靜止運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)軌最右端的過程中,電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱Q
R,以及經(jīng)歷的時(shí)間t;(均保留三位有效數(shù)字)
(3)設(shè)導(dǎo)體棒a與絕緣水平地面發(fā)生碰撞前后,豎直速度大小不變,碰撞過程中水平方向所受摩擦力大小為豎直方向支持力的k倍(碰撞時(shí)間極短),取k=0.125,請(qǐng)計(jì)算導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌后向右運(yùn)動(dòng)的最大水平距離l
m。