如图甲所示,
M、
N为水平面内平行放置的粗糙金属长直导轨,间距为
L=0.5 m,导轨间接有阻值为
R=2.0 Ω的定值电阻,导轨平面处在竖直向下、磁感应强度大小为
B=4.0 T的匀强磁场中.一导体杆
ab垂直
M、
N置于导轨上,其质量为
m=1.0 kg,长度也为
L,电阻为
r=1.0 Ω,与导轨的动摩擦因数为
μ=0.2,且跟导轨接触良好.不计导轨电阻,重力加速度
g取10 m/s
2.
(1)若在
ab杆上作用一个平行导轨方向的恒力
F使其向右运动,恒力大小为
F=10 N,求
ab杆可以达到的速度最大值
vm;
(2)若用图乙所示的电动机通过轨绳来水平向右牵引
ab杆,也可使
ab杆达到(1)中的速度最大值
vm,求电压表的示数
U(已知电动机内阻
r1=5.0 Ω,电压表和电流表示数恒定,且电流表示数为
I=2.0 A,不计电动机的摩擦损耗);
(3)在(2)中的条件下,可认为
ab杆从静止开始经时间
t=1.5 s、位移
s=7.5 m后刚好达到最大速度
vm,求此过程中
ab杆上产生的电热.
