如图甲所示,两根足够长的竖直光滑平行金属导轨相距为L1=0.1m,导轨下端通过导线连接阻值R=0.4Ω的电阻。质量为m=0.2kg、阻值r=0.1Ω的金属棒ab放在两导轨上,棒与导轨垂直并保持良好接触,整个装置处于垂直导轨平面向外的磁场中,取g=10m/s2.
(1)若金属棒距导轨下端L2=0.2m,磁场随时间变化的规律如图乙所示,为保持金属棒静止,试求加在金属棒中央、沿竖直方向的外力随时间变化的关系;
(2)若所加磁场的磁感应强度大小恒为,通过恒定功率Pm=6W的竖直向上的拉力使棒从静止开始向上运动,其棒向上运动的位移随时间变化的情况如图丙所示,试求磁感应强度的大小和变速运动阶段在电阻R上产生的热量。