如圖所示，間距為L(zhǎng)=0.5m的平行光滑導(dǎo)軌由水平部分和傾角為θ=30°的斜面部分平滑連接而成。整個(gè)導(dǎo)軌上有三個(gè)區(qū)域存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B=0.2T，其中Ⅰ區(qū)磁場(chǎng)垂直于水平導(dǎo)軌但方向未知，Ⅱ區(qū)磁場(chǎng)方向豎直向下，Ⅲ區(qū)磁場(chǎng)下邊界位于斜面底端且方向垂直于斜面向下，Ⅰ區(qū)寬度足夠大，Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)的寬度均為d=0.3m。除Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)之間的導(dǎo)軌由絕緣材料制成外，其余導(dǎo)軌均由電阻可以忽略的金屬材料制成且接觸良好。兩根質(zhì)量均為m=0.1kg、電阻均為r=0.02Ω的金屬棒垂直于水平部分的導(dǎo)軌放置，初始時(shí)刻a棒靜置于Ⅰ區(qū)、b棒靜置于Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)間的無(wú)磁場(chǎng)區(qū)。水平導(dǎo)軌左側(cè)接有電源和電容為C=1F的電容器，斜面導(dǎo)軌上端接有阻值為R=0.02Ω的電阻，且斜面上還固定著一根絕緣輕彈簧。當(dāng)單刀雙擲開關(guān)S接“1”對(duì)電容器充滿電后，切換至“2”，電容器連通a棒，a棒會(huì)在Ⅰ區(qū)達(dá)到穩(wěn)定速度后進(jìn)入Ⅱ區(qū)，然后與無(wú)磁場(chǎng)區(qū)的b棒碰撞后變成個(gè)聯(lián)合體，聯(lián)合體耗時(shí)t=0.12s穿越Ⅲ區(qū)后繼續(xù)沿斜面向上運(yùn)動(dòng)x=0.2m并把彈簧壓縮到最短，然后聯(lián)合體和彈簧都被鎖定，已知鎖定后的彈簧彈性勢(shì)能Ep=0.2J。不計(jì)聯(lián)合體從水平面進(jìn)入斜面的能量損失，忽略磁場(chǎng)的邊界效應(yīng)。則：
（1）Ⅰ區(qū)磁場(chǎng)方向（“豎直向上”或“豎直向下”）和即將出Ⅲ區(qū)時(shí)聯(lián)合體所受的安培力大小F；
（2）a棒通過(guò)Ⅱ區(qū)時(shí)，a棒上產(chǎn)生的焦耳熱Q_a；
（3）電源的電動(dòng)勢(shì)E。