1 . 如图所示，水平放置且足够长的两条平行金属导轨，一端由电源和开关相连，导轨间距，电源的电动势和内阻分别为、。一根电阻的金属杆垂直于导轨放置。无限大匀强磁场与导轨平面垂直，磁感应强度。不计导轨电阻，金属杆质量，与导轨的动摩擦因数，重力加速度。
（1）求开关刚闭合瞬间流过金属棒的电流和最终流过金属棒的电流；
（2）定性绘制出金属棒的加速度随时间变化图像曲线，并求当金属棒获得的速度时金属棒的加速度大小；
（3）若在金属杆的运动过程中不计任何阻力，求整个过程中流过金属杆的总电荷量q。
   

2 . 电动机是第二次科技革命中的最重要的发明之一，在生产、生活中起着极为重要的作用。
（1）直流电动机的工作原理可以简化为图1所示的模型。在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，两根足够长的平行金属轨道MN、PQ固定在水平面内，相距为L，电阻不计。质量为m、电阻为R的金属导体棒ab垂直于MN、PQ放在轨道上，与轨道接触良好。轨道左端接有直流电源，电源电动势为E、内阻不计。闭合开关S，导体棒从静止开始运动。在导体棒运动过程中，导体棒上的电流I与速度v的大小关系满足，导体棒始终受到大小为f的阻力作用。求：
a、 闭合S瞬间，导体棒受到的安培力的大小；
b、 导体棒速度为v时，导体棒加速度的大小a。
（2）某兴趣小组根据直流电动机的工作原理设计了模型飞机的电磁弹射装置。如图2所示，用于弹射模型飞机的线圈位于导轨间的辐向磁场中，其所在处的磁感应强度大小均为B，线圈可沿导轨滑动。开关接通，电动势为E、内阻不计的电源与线圈连接，线圈推动飞机从静止开始加速，运动过程中线圈和飞机受到的总阻力恒为f、线圈总电阻为R，匝数为n，每匝周长为l。
a、 若导轨足够长，求飞机能够获得的最大速度。
b、 为了让线圈在模型飞机弹出后尽快停下来，该小组在图2的基础上改进了电路。如图3所示，单刀双掷开关接通1，线圈推动飞机加速；飞机弹出后，将单刀双掷开关接通2，让线圈减速。请说明这一设计的原理。

3 . 某游乐园中过山车以速度沿水平直轨道进入停车区时，先利用磁力刹车使速度很快降到；然后再利用机械制动装置刹车，使速度从最终降到0。关于磁力刹车原理，可以借助图甲模型来理解。水平平行金属导轨处于竖直方向的匀强磁场中，金属棒MN沿导轨向右运动的过程，对应过山车的磁力刹车过程。可假设MN的运动速度等于过山车的速度，MN所受的安培力等于过山车所受的磁场作用力；过山车在机械刹车过程中受到的阻力恒定，大小为f。已知过山车的质量为M，平行导轨间距离为l，整个回路中的等效电阻为R，磁感应强度大小为B；忽略磁力刹车时轨道摩擦阻力，不计空气阻力。
（1）求刹车开始速度为时，过山车所受磁场作用力的大小F；
（2）写出整个刹车过程中，过山车加速度大小a随速度v变化的关系，并在图乙中画出图线；
（3）求整个刹车过程中过山车的运动距离d。