15.如圖,間距為L=1m的U形金屬導(dǎo)軌,一端接有電阻為R=0.1Ω的定值電阻,固定在高為h=0.8m的絕緣水平桌面上。質(zhì)量均為m=0.1kg的勻質(zhì)導(dǎo)體棒a和b靜止在導(dǎo)軌上,兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌垂直,接入電路的阻值均為R,與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.1(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力),導(dǎo)體棒a距離導(dǎo)軌最右端距離為x=93m。整個空間存在豎直向下的勻強磁場(圖中未畫出),磁感應(yīng)強度大小為B=0.1T。用沿導(dǎo)軌水平向右的恒力F=0.4N拉導(dǎo)體棒a,當(dāng)導(dǎo)體棒a運動到導(dǎo)軌最右端時,導(dǎo)體棒b剛要滑動,撤去F,導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌后落到水平地面上。(重力加速度取10m/s
2,不計空氣阻力,不計其他電阻)求:
(1)導(dǎo)體棒a剛要離開導(dǎo)軌時,通過電阻R的電流I及導(dǎo)體棒a的速度大小v;
(2)導(dǎo)體棒a由靜止運動到導(dǎo)軌最右端的過程中,電阻R中產(chǎn)生的焦耳熱Q
R,以及經(jīng)歷的時間t;(均保留三位有效數(shù)字)
(3)設(shè)導(dǎo)體棒a與絕緣水平地面發(fā)生碰撞前后,豎直速度大小不變,碰撞過程中水平方向所受摩擦力大小為豎直方向支持力的k倍(碰撞時間極短),取k=0.125,請計算導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌后向右運動的最大水平距離l
m。