(20分)如图所示,处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨
MN、
QP相距为
l=1m,导轨平面与水平面成
θ=37°角,上端连接阻值为
R=2Ω的电阻。匀强磁场方向与导轨平面垂直,磁感应强度
B=0.4T。质量
m=0.2kg、电阻
r=1Ω的金属棒
ab,以初速度
v0从导轨底端向上滑行,金属棒
ab在安培力和一平行于导轨平面的外力
F的共同作用下做匀变速直线运动,加速度大小为
a=3m/s
2,方向始终沿导轨向下,在金属棒在导轨上运动的过程中,电阻
R消耗的最大功率
Pm=1.28W。设金属棒与导轨垂直并保持良好接触,它们之间的动摩擦因数

=0.25。(
g="10" m/s
2,sin37°=0.6,cos37°=0.8)求:
(1)金属棒初速度
v0的大小;
(2)当金属棒速度的大小为初速度大小一半时施加在金属棒上外力
F的大小和方向;
(3)请画出金属棒在导轨上整个运动过程中外力
F随时间
t变化所对应的图线。(不需要写出现计算过程)
