[選做題]]如圖所示,兩根正對的平行金屬直軌道MN、M?N?位于同一水平面上,兩軌道之間的距離l=0.50m.軌道的MM′端之間接一阻值R=0.40Ω的定值電阻,NN′端與兩條位于豎直面內(nèi)的半圓形光滑金屬軌道NP、N′P′平滑連接,兩半圓軌道的半徑均為R
0=0.50m.直軌道的右端處于豎直向下、磁感應(yīng)強度B=0.64T的勻強磁場中,磁場區(qū)域的寬度d=0.80m,且其右邊界與NN′重合.現(xiàn)有一質(zhì)量m=0.20kg、電阻r=0.10Ω的導(dǎo)體桿ab靜止在距磁場的左邊界s=2.0m處.在與桿垂直的水平恒力F=2.0N的作用下ab桿開始運動,當(dāng)運動至磁場的左邊界時撤去F,結(jié)果導(dǎo)體ab恰好能以最小速度通過半圓形軌道的最高點PP′.已知導(dǎo)體桿ab在運動過程中與軌道接觸良好,且始終與軌道垂直,導(dǎo)體桿ab與直軌道之間的動摩擦因數(shù)μ=0.10,軌道的電阻可忽略不計,取g=10m/s
2,求:
(1)導(dǎo)體桿剛進入磁場時,通過導(dǎo)體桿上的電流大小和方向;
(2)導(dǎo)體桿穿過磁場的過程中通過電阻R上的電荷量;
(3)導(dǎo)體桿穿過磁場的過程中整個電路產(chǎn)生的焦耳熱.