12. 如图所示,一对平行的粗糙金属导轨固定于同一水平面上,导轨间距
L=0.2m,左端接有阻值
R=0.3Ω的电阻,右侧平滑连接一对弯曲的光滑轨道。仅在水平导轨的整个区域内存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小
B=1.0T。一根质量
m=0.2kg、电阻
r=0.1Ω的金属棒
ab垂直放置于导轨上,在水平向右的恒力
F作用下从静止开始运动,当金属棒通过位移
x=9m时离开磁场,在离开磁场前已达到最大速度
v=4m/s。当金属棒离开磁场时撤去外力
F,接着金属棒沿弯曲轨道上升。已知金属棒与导轨间的动摩擦因数
μ=0.1,导轨电阻不计,金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且与导轨保持良好接触,取
g=10 m/s
2。求:
(1)金属棒沿弯曲轨道上升到最大高度
h;
(2)金属棒在磁场中速度为2m/s时的加速度大小;
(3)金属棒在磁场区域运动过程中,金属棒上产生的焦耳热。