15. 如图所示,水平固定一半径
r=0.2m的金属圆环,长均为
r,电阻均为
R0的两金属棒沿直径放置,其中一端与圆环接触良好,另一端固定在过圆心的导电竖直转轴
OO′上,并随轴以角速度
=600rad/s匀速转动,圆环内左半圆均存在磁感应强度大小为B
1的匀强磁场。圆环边缘、与转轴良好接触的电刷分别与间距
l1的水平放置的平行金属轨道相连,轨道间接有电容
C=0.09F的电容器,通过单刀双掷开关S可分别与接线柱1、2相连。电容器左侧宽度也为
l1、长度为
l2、磁感应强度大小为
B2的匀强磁场区域。在磁场区域内靠近左侧边缘处垂直轨道放置金属棒
ab,磁场区域外有间距也为
l1的绝缘轨道与金属轨道平滑连接,在绝缘轨道的水平段上放置“[”形金属框
fcde。棒
ab长度和“[”形框的宽度也均为
l1、质量均为
m=0.01kg,
de与
cf长度均为
l3=0.08m,已知
l1=0.25m,
l2=0.068m,
B1=
B2=1T、方向均为竖直向上;棒
ab和“[”形框的cd边的电阻均为
R=0.1
,除已给电阻外其他电阻不计,轨道均光滑,棒
ab与轨道接触良好且运动过程中始终与轨道垂直。开始时开关S和接线柱1接通,待电容器充电完毕后,将S从1拨到2,电容器放电,棒
ab被弹出磁场后与“[”形框粘在一起形成闭合框
abcd,此时将S与2断开,已知框
abcd在倾斜轨道上重心上升0.2m后返回进入磁场。
(1)求电容器充电完毕后所带的电荷量
Q,哪个极板(
M或
N)带正电?
(2)求电容器释放的电荷量
;
(3)求框
abcd进入磁场后,
ab边与磁场区域左边界的最大距离
x。