Question

（20分）如圖所示，處于勻強(qiáng)磁場中的兩根足夠長、電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌MN、QP相距為l=1m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ=37°角，上端連接阻值為R＝2Ω的電阻。勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度Ｂ＝0.4Ｔ。質(zhì)量m＝0.2kg、電阻r=1Ω的金屬棒ab，以初速度v₀從導(dǎo)軌底端向上滑行，金屬棒ab在安培力和一平行于導(dǎo)軌平面的外力Ｆ的共同作用下做勻變速直線運(yùn)動，加速度大小為a＝3m/s²，方向始終沿導(dǎo)軌向下，在金屬棒在導(dǎo)軌上運(yùn)動的過程中，電阻R消耗的最大功率P_m=1.28W。設(shè)金屬棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動摩擦因數(shù)=0.25。（g="10" m/s²，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8）求：
（1）金屬棒初速度v₀的大��；
（2）當(dāng)金屬棒速度的大小為初速度大小一半時施加在金屬棒上外力F的大小和方向；
（3）請畫出金屬棒在導(dǎo)軌上整個運(yùn)動過程中外力F隨時間t變化所對應(yīng)的圖線。（不需要寫出現(xiàn)計算過程）

Answer 1

（1）
（2）在上升過程中：，方向沿導(dǎo)軌平面向上；
在下降過程中：，方向沿導(dǎo)軌平面向上
（3）圖線見解析。

解析