如图(a)所示,两个完全相同的“人”字型金属轨道面对面正对着固定在竖直平面内,间距为

,它们的上端公共轨道部分保持竖直,下端均通过一小段弯曲轨道与一段直轨道相连,底端置于绝缘水平桌面上。

、

(图中虚线)之下的直轨道

、

、

、

、

长度均为

且不光滑(轨道其余部分光滑),并与水平方向均构成

斜面,在左边轨道

以下的区域有垂直于斜面向下、磁感强度为

的匀强磁场,在右边轨道

以下的区域有平行于斜面但大小未知的匀强磁场

,其它区域无磁场。

间连接有阻值为

的定值电阻与电压传感器(

为传感器的两条接线)。另有长度均为

的两根金属棒甲和乙,它们与

、

之下的轨道间的动摩擦因数均为

。甲的质量为

、电阻为

;乙的质量为

、电阻为

。金属电阻不计。先后进行以下两种操作:
操作Ⅰ:将金属棒甲紧靠竖直轨道的左侧,从某处由静止释放,运动到底端

过程中棒始终保持水平,且与轨道保持良好电接触,计算机屏幕上显示的电压--时间关系图像

图如图(b)所示(图中

己知);
操作Ⅱ:将金属棒甲紧靠竖直轨道的左侧、金属棒乙(图中未画出)紧靠竖直轨道的右侧,在同一高度将两棒同时由静止释放。多次改变高度重新由静止释放,运动中两棒始终保持水平,发现两棒总是同时到达桌面。(

,

)


(1)试求操作Ⅰ中甲到

的速度大小;
(2)试求操作Ⅰ全过程定值电阻上产生的热量

和通过磁场区域的时间

;
(3)试求右边轨道

以下的区域匀强磁场

的方向和大小。