16. 如图所示,两平行足够长且电阻可忽略的光滑金属导轨安装在倾角为
光滑绝缘斜面上,导轨间距
,磁感应强度
的有界匀强磁场宽度为
,磁场方向与导轨平面垂直;长度为2
d的绝缘杆将导体棒和边长为
d的正方形单匝线框连接在一起组成如图所示装置,其总质量
,导体棒中通以大小为
的恒定电流(由外接恒流源产生,图中未画出)。线框的总电阻为
,其下边与磁场区域边界平行。现将线框下边置于距磁场上边界
x处由静止释放,线框恰好可匀速穿过磁场区域,导体棒在整个运动过程中始终与导轨垂直,重力加速度取
。求:
(1)装置释放时线框下边与磁场上边界的距离
x;
(2)若线框下边与磁场区域上边界重合时将线框由静止释放,导体棒恰好运动到磁场区域下边界处返回,求装置从释放到开始返回的过程中,线框中产生的焦耳热
Q;
(3)在(2)情景中求线框第一次穿越磁场区域所需的时间
t。