15.如圖所示,一根包有絕緣層的長直細導線固定于水平地面,導線中有方向向左、大小為I
0的恒定電流(已知距離導線為r處的磁感應強度大小為k
,k為已知常量),與該電流在同一豎直平面內(nèi)固定一足夠長且電阻不計的V形金屬導軌AOB,AO和BO與水平地面夾角均為60°。有一根長度為L、質(zhì)量為m、單位長度電阻為R
0的金屬桿MN,放置于V形導軌底端且其中點位于O?,F(xiàn)用一外力F(大小未知且可變)使金屬桿MN由靜止開始緊貼導軌豎直向上運動,運動過程中,桿身始終保持水平,且金屬桿MN與導軌組成的回路中感應電流恒定為I。不計一切摩擦阻力,重力加速度為g。
(1)判定運動中流過金屬桿MN的電流方向;
(2)求金屬桿MN運動到如圖所示h高度時的速率;并判斷此過程中金屬桿MN的加速度如何變化(無需說明理由);
(3)求金屬桿MN從開始運動到脫離軌道的過程中,外力F所做的功。