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24.(20分)如图(a)为一研究电磁感应的实验装置示意图,其中电流传感器(电阻不计)能将各时刻的电流数据实时通过数据采集器传输给计算机,经计算机处理后在屏幕上同步显示出I-t图像。平行且足够长的光滑金属轨道的电阻忽略不计,左侧倾斜导轨平面与水平方向夹角θ=30°,与右侧水平导轨平滑连接, 轨道上端连接一阻值R=0.5Ω的定值电阻,金属杆MN的电阻r=0.5Ω,质量m=0.2kg,杆长L=1m跨接在两导轨上。左侧倾斜导轨区域加一垂直轨道平面向下的匀强磁场,右侧水平导轨区域也加一垂直轨道平面向下的匀强磁场,磁感应强度大小都为B= 1.0T, 闭合开关S,让金属杆MN从图示位置由静止开始释放,其始终与轨道垂直且接触良好,此后计算机屏幕上显示出金属杆在倾斜导轨上滑行过程中的I-t图像,如图(b)所示。 ( g取10m/s2)
图(a)
(1)求金属杆MN在倾斜导轨上滑行的最大速率;
(2)根据计算机显示出的I-t图像可知,当t=2s时,I=0.8A,0-2s内通过电阻R的电荷量为1.0C, 求0-2s内在电阻R上产生的焦耳热;
(3)金属杆MN在水平导轨上滑行的最大距离 。