21.某同學設計了電磁健身器,簡化裝置如圖所示。兩根平行金屬導軌相距l(xiāng)=0.50m,傾角θ=53°,導軌上端接一個R=0.05Ω的電阻。在導軌間長d=0.56m的區(qū)域內(nèi),存在方向垂直導軌平面向下的勻強磁場,磁感應強度B=2.0T。質(zhì)量m=4.0kg的金屬棒CD水平置于導軌上,用絕緣繩索通過定滑輪與輕的拉桿GH相連。CD棒的初始位置與磁場區(qū)域的下邊界相距s=0.24m。一位健身者用F=80N的恒力沿繩拉動GH桿,CD棒由靜止開始運動,上升過程中CD棒始終與導軌垂直。當CD棒到達磁場上邊界時健身者松手,觸發(fā)恢復裝置使CD棒回到初始位置。已知sin53°=0.8,cos53°=0.6,不計其它電阻、摩擦力,以及拉桿和繩索的質(zhì)量。求:
(1)CD棒進入磁場前的加速度a和進入磁場時速度v的大??;
(2)通過數(shù)據(jù)計算,說明CD棒進入磁場后的運動情況。
(3)某健身者沒有保持80N的恒定拉力,若測出CD棒每次到達磁場上邊緣時的速度為2m/s,CD棒每次上升過程中,電阻產(chǎn)生的焦耳熱Q=22.4J。則這位健身者完成100次動作,消耗多少熱量?
(4)若某位健身者的力氣比較大,使用這套健身器材為了能達到較好的鍛煉效果,是否一定要對裝置做出改進或調(diào)節(jié)?給出理由。