22. 如图所示,一根包有绝缘层的长直细导线固定于水平地面,导线中有方向向左,大小为
的恒定电流(已知距离导线为
r处的磁感应强度大小为
,
k为已知常量),与该电流在同一竖直平面内固定一足够长且电阻不计的V形金属导轨
,
和
与水平地面夹角均为
。有一根长度为
L,质量为
m,单位长度电阻为
的金属杆
,放置于V形导轨底端且其中点位于
O,现用一外力
F(大小未知且可变)使金属杆
由静止开始紧贴导轨竖直向上运动,运动过程中,杆身始终保持水平,且金属杆
与导轨组成的回路中感应电流恒定为
I。不计一切摩擦阻力,重力加速度为
g。
(1)判定运动中流过金属杆
的电流方向;
(2)求金属杆
运动到如图所示
h高度时的速率;并判断此过程中金属杆
的加速度如何变化(无需说明理由);
(3)求金属杆
从开始运动到脱离轨道的过程中,外力
F所做的功。