如图所示,
MN1和
PQ1为水平面内两平行光滑金属导轨,
MN2和
PQ2为竖直平面内两平行粗糙金属导轨,导轨间距均为
L=0.2m,导轨电阻不计,两平行导轨均处于竖直向上的磁感应强度
B=1T的匀强磁场中。现有质量
m=0.1kg、电阻
R=0.1Ω的两根相同金属棒
ab、cd金属棒
ab垂直水平导轨放置,金属棒
cd放在竖直导轨的两等高支架上,两金属棒均始终保持与导轨接触良好。若金属棒
cd与竖直导轨间的动摩擦因数
μ=0.5.现施加一水平向右的外力
F作用于
ab棒的中点,使
ab棒由静止开始向右作加速度
a=2m/s
2的匀加速直线运动,
ab棒开始运动的同时撤去支架使
cd棒贴着导轨由静止开始下落。假设两导轨足够长,求:

(1)外力
F随时间
t变化的表达式;
(2)当
cd棒下落速度最大时
,ab棒的速度
vab的大小;
(3)当
cd棒下落速度最大时,
cd棒的速度
vcd的大小;
(4)当
cd棒下落速度最大时,撤去
ab棒的拉力
F,求此后
ab棒上电阻的发热量
Qab。