21.如圖所示,在水平桌面上放置兩根光滑平行金屬導(dǎo)軌ab與cd,金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),阻值為R=4Ω的電阻和開(kāi)關(guān)k串聯(lián)與導(dǎo)軌的a、c端相連。金屬滑桿MN垂直于導(dǎo)軌并可在導(dǎo)軌上滑動(dòng),質(zhì)量為m=1kg。整個(gè)裝置放于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的方向豎直向上,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小未知.金屬滑桿與導(dǎo)軌電阻不計(jì),金屬滑桿的中點(diǎn)系一不可伸長(zhǎng)的輕繩,繩繞過(guò)固定在某邊的光滑輕滑輪后,與一質(zhì)量為M=2kg的物塊相連,用外力固定金屬滑桿MN,當(dāng)開(kāi)關(guān)不斷開(kāi)時(shí),從靜止開(kāi)始釋放金屬滑桿MN,物塊速度達(dá)到v
0=2m/s時(shí)閉合開(kāi)關(guān)k,金屬滑桿和物塊一起做減速運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)時(shí)間t=5s,它們已經(jīng)達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),勻速狀態(tài)時(shí)流過(guò)導(dǎo)體棒的電流為I=1A,金屬滑桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。
(1)求閉合開(kāi)關(guān)瞬間,流過(guò)導(dǎo)體棒的電流方向;
(2)求導(dǎo)體棒勻速時(shí)的速度大小v;
(3)求物塊M在開(kāi)關(guān)閉合后t=5s內(nèi)下落的高度;
(4)小珂同學(xué)在電阻R兩端并聯(lián)一個(gè)電容器,電容大小為C=5000μF,重做這個(gè)實(shí)驗(yàn),在其他條件不變的情況下,求導(dǎo)體棒勻速下落的速度v和此時(shí)電容器所帶的電荷量q。