21.如圖a,兩光滑金屬導(dǎo)軌MN、M'N'相距L平行放置,導(dǎo)軌平面與水平面成θ夾角,MM'、NN'間分別連接阻值為R的電阻。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區(qū)域內(nèi)存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)區(qū)域的寬度均為d,相鄰磁場(chǎng)間的無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域的寬度均為s。一質(zhì)量為m、阻值為R的金屬棒ab跨放在兩導(dǎo)軌上,從磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ上邊界上方某處由靜止釋放,金屬棒下滑過(guò)程中始終垂直于導(dǎo)軌且與導(dǎo)軌接觸良好。導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì),重力加速度為g。
(1)若金屬棒能勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域Ⅰ,求金屬棒靜止釋放處距區(qū)域Ⅰ上邊界的距離x
1;
(2)在(1)的條件下,求金屬棒通過(guò)區(qū)域Ⅰ的過(guò)程中產(chǎn)生的熱量Q;
(3)若金屬棒在相鄰磁場(chǎng)間無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間均為t,求金屬棒靜止釋放處與區(qū)域Ⅰ上邊界的距離x
2;并在圖b中定性畫(huà)出其自靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到區(qū)域Ⅲ下邊界過(guò)程中的v-t圖線。(金屬棒運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程中無(wú)勻速運(yùn)動(dòng)過(guò)程)