如图所示,
P1Q1P2Q2和
M1N1M2N2为水平放置的两足够长的平行导轨,整个装置处在竖直向上、磁感应强度大小
B=0.4 T的匀强磁场中,
P1Q1与
M1N1间的距离为
L1=1.0 m,
P2Q2与
M2N2间的距离为
L2=0.5 m,两导轨电阻可忽略不计.质量均为
m=0.2 kg的两金属棒
ab、
cd放在导轨上,运动过程中始终与导轨垂直且接触良好,并与导轨形成闭合回路.已知两金属棒位于两导轨间部分的电阻均为
R=1.0 Ω;金属棒与导轨间的动摩擦因数
μ=0.2,且与导轨间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力.取重力加速度大小
g=10 m/s
2.

(1)在
t=0时刻,用垂直于金属棒的水平外力
F向右拉金属棒
cd,使其从静止开始沿导轨以
a=5.0 m/s
2的加速度做匀加速直线运动,金属棒
cd运动多长时间金属棒
ab开始运动?
(2)若用一个适当的水平外力
F0(未知)向右拉金属棒
cd,使其速度达到
v2=20 m/s后沿导轨匀速运动,此时金属棒
ab也恰好以恒定速度沿导轨运动,求金属棒
ab沿导轨运动的速度大小和金属棒
cd匀速运动时水平外力
F0的功率;
(3)当金属棒
ab运动到导轨
Q1N1位置时刚好碰到障碍物而停止运动,并将作用在金属棒
cd上的水平外力改为
F1=0.4 N,此时金属棒
cd的速度变为
v0=30 m/s,经过一段时间金属棒
cd停止运动,求金属棒
ab停止运动后金属棒
cd运动的距离.