22.如圖,間距L=0.50m的導(dǎo)軌由水平區(qū)、圓弧過渡區(qū)和傾斜區(qū)組成。水平區(qū)是光滑的金屬導(dǎo)軌,AC、CE、BD、DF長度皆s
0=0.5m,CE、DF的電阻均為r=0.25Ω且電阻分布均勻,其它部分電阻不計,左側(cè)連接R=2Ω的電阻;圓弧過渡區(qū)是長度可忽略的絕緣材料制成,導(dǎo)體棒經(jīng)該區(qū)的速率不變;傾斜區(qū)是粗糙的金屬導(dǎo)軌,與水平面的夾角θ=37°,EG和FH足夠長、電阻不計,右下端連接電容C=0.2F的電容器(初始狀態(tài)不帶電)。導(dǎo)軌均處在垂直于導(dǎo)軌平面向上、磁感應(yīng)強度大小B=2.0T的勻強磁場中。現(xiàn)對質(zhì)量m
1=0.20kg的靜止金屬棒a施加一水平拉力F,使其以加速度a=1.0m/s
2沿導(dǎo)軌做勻加速直線運動,運動到EF處撤去拉力F,經(jīng)圓弧過渡區(qū)后與質(zhì)量m
2=0.40kg金屬框b發(fā)生碰撞(時間極短)并粘連在一起,然后繼續(xù)在傾斜導(dǎo)軌上運動。電阻皆不計的金屬棒a和金屬框b與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好,與傾斜軌道間的動摩擦因數(shù)μ=0.75。重力加速度g=10m/s
2。
(1)從金屬棒a開始運動計時,求t=0.5s時通過金屬棒a電流大小和方向;
(2)金屬棒a運動到距AB距離s=0.72m時,求拉力F的大小;
(3)導(dǎo)體棒a、b碰撞后的收尾狀態(tài),電容器的電量為多少?