如图甲所示,两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨相距为
L1=1
m,导轨平面与水平面成θ=30°角,上端连接阻值
R=1.5Ω的电阻;质量为
m=0.2
kg、阻值
r=0.5Ω的匀质金属棒
ab放在两导轨上,距离导轨最上端为
L2=4
m,棒与导轨垂直并保持良好接触.整个装置处于一匀强磁场中,该匀强磁场方向与导轨平面垂直,磁感应强度大小随时间变化的情况如图乙所示.(
g=10
m/
s2)

(1)保持
ab棒静止,在0~4
s内,通过金属棒
ab的电流多大?方向如何?
(2)为了保持
ab棒静止,需要在棒的中点施加了一平行于导轨平面的外力
F,求当
t=2
s时,外力
F的大小和方向;
(3)5
s后,撤去外力
F,金属棒将由静止开始下滑,这时用电压传感器将
R两端的电压即时采集并输入计算机,在显示器显示的电压达到某一恒定值后,记下该时刻棒的位置,测出该位置与棒初始位置相距2.4
m,求金属棒此时的速度及下滑到该位置的过程中在电阻
R上产生的焦耳热.