如圖所示,由粗細(xì)均勻的電阻絲繞成的矩形導(dǎo)線框abcd固定于水平面上,導(dǎo)線框邊長(zhǎng)ab=L,bc=2L,整個(gè)線框處于豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為B.導(dǎo)線框上各段導(dǎo)線的電阻與其長(zhǎng)度成正比,已知該種電阻絲單位長(zhǎng)度上的電阻為λ,λ的單位是Ω/m.今在導(dǎo)線框上擱置一個(gè)與ab邊平行地且與導(dǎo)線框接觸良好的金屬棒MN,MN的電阻為r,其材料與導(dǎo)線框的材料不同,如圖所示.金屬棒MN在外力作用下沿x軸正方向作速度為v的勻速運(yùn)動(dòng),在金屬棒從導(dǎo)線框最左端(該處x=0)運(yùn)動(dòng)到導(dǎo)線框最右端的過程中:
(1)請(qǐng)寫出金屬棒中的感應(yīng)電流I隨x變化的函數(shù)關(guān)系式;
(2)試證明當(dāng)金屬棒運(yùn)動(dòng)到bc段中點(diǎn)時(shí),MN兩點(diǎn)間電壓最大,并請(qǐng)寫出最大電壓U
m的表達(dá)式;
(3)試求出在此過程中,金屬棒提供的最大電功率P
m;
(4)試討論在此過程中,導(dǎo)線框上消耗的電功率可能的變化情況.