如图所示,在匝数

、截面积

的多匝线圈中存在方向竖直向下的匀强磁场

,

均匀变化。两相互平行、间距

的金属导轨固定在倾角为

的斜面上,线圈通过开关

与导轨相连。一质量

阻值

的光滑金属杆锁定在靠近导轨上端的

位置。

、

等高。一阻值

的定值电阻连接在导轨底端。导轨所在区域存在垂直于斜面向上的磁感应强度

的匀强磁场。金属导轨光滑且足够长,线圈与导轨的电阻忽略不计。重力加速度取

,电子电量

。

(1)闭合开关

时,金属杆受到沿斜面向下的安培力为

,请判断磁感应强度

的变化趋势是增大还是减小,并求出磁感应强度

的变化率

;
(2)断开开关,解除对金属杆的锁定,从

处由静止释放,经过

,金属杆下滑

,求该过程中金属杆上产生的焦耳热

;
(3)经典物理学认为,金属的电阻源于定向运动的自由电子和金属离子(即金属原子失去电子后的部分)的碰撞,请建立合适的自由电子运动模型,求出第(2)问情境中,当金属杆最终匀速下滑时,金属杆中金属离子对一个自由电子沿杆方向的平均阻力

的大小。