2.
为了提高能源的利用率,目前国内外的城市轨道交通车辆中,大都采用再生制动方式,即将列车a制动产生的电能转化为待启动状态的列车b的动能,城市轨道交通的启停过程原理如图所示:两足够长粗糙平行金属直导轨MN、PQ的间距为L = 0.5 m固定在同一水平面内,轨道平面内存在磁感应强度大小为B = 1 T、方向竖直向下的匀强磁场,质量为m = 0.5 kg、电阻为R = 6 Ω的均匀金属丝制成一个半径为L = 0.5 m的单匝圆环a,水平放置在两直导轨上,其圆心到两直导轨的距离相等。t = 0时,开关S与1接通,恒流源(提供的电流强度恒为4 A)与金属环a连接,金属环a从静止开始向右做匀加速运动,t
1 = 4 s时刻,将开关S掷向2接通阻值为R
0 = 0.5 Ω定值电阻,同时对金属环a施加外力F,使金属环a做匀减速运动,在t
2 = 6 s时刻金属环a减速至0,已知圆环与导轨的摩擦因数为μ = 0.2,忽略导轨的电阻、金属环的可能形变,金属环均与导轨始终接触良好,重力加速度大小为g = 10 m/s
2。求: