相距

的足够长金属导轨竖直放置,质量为

的金属棒
ab和质量为

的金属棒
cd均通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上,如图
a所示,虚线上方磁场方向垂直纸面向里,虚线下方磁场方向竖直向下,两处磁场磁感应强度大小相同。
ab棒光滑,
cd棒与导轨间动摩擦因数为

,两棒总电阻为

,导轨电阻不计。
ab棒在方向竖直向上,大小按图
b所示规律变化的外力
F作用下,从静止开始,沿导轨匀加速运动,同时
cd棒也由静止释放,

.

(1)指出在运动过程中
ab棒中的电流方向和
cd棒受到的安培力方向;
(2)求出磁感应强度
B的大小和
ab棒加速度大小;
(3)已知在2
s内外力
F做功为53
J,求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热;
(4)求出
cd棒达到最大速度所需的时间
t,并求出
cd棒所受摩擦力

与时间
t的关系式。