3.
如图所示,间距为L=0.4m平行金属导轨MN和PQ水平放置,其所在区域存在磁感应强度为B
1=0.5T的竖直向上的匀强磁场;轨道上cd到QN的区域表面粗糙,长度为s=0.3m,其余部分光滑。光滑导轨QED与NFC沿竖直方向平行放置,间距为L,由半径为r=
m的圆弧轨道与倾角为
的倾斜轨道在E、F点平滑连接组成,圆弧轨道最高点、圆心与水平轨道右端点处于同一竖直线上;倾斜轨道间有垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度为B
2=1.0T。质量为m
1=0.2kg的金属棒ef光滑;质量为m
2=0.1kg的金属棒ab粗糙,与导轨粗糙部分的动摩擦因数为
, 两棒粗细相同、阻值均为R=0.1Ω;倾斜轨道端点CD之间接入的电阻R
0=0.3Ω;初始时刻,ab棒静止在水平导轨上,ef棒以
=2m/s的初速度向右运动。若不计所有导轨的电阻,两金属棒与导轨始终保持良好接触,水平轨道与圆弧轨道交界处竖直距离恰好等于金属棒直径,忽略感应电流产生的磁场及两个磁场间的相互影响,取重力加速度g=10m/s
2 ,
、
, 求:
(1)两棒在水平轨道运动过程中,通过ab棒的最大电流;
(2)若两棒的距离增加x=0.5m时,ef棒恰好到达QN位置,求此时两棒的速度大小;
(3)初始时刻至ef棒恰好达到稳定状态的过程中系统产生的焦耳热。