16.
(2022·联合模拟)
如图所示,宽度为L的光滑平行金属导轨Ⅰ,左端连接阻值为
的电阻,右端连接半径为r的四分之三光滑圆弧导轨,圆弧最高端
与足够长且宽度为L的水平粗糙平行金属导轨Ⅱ右端
对齐、上下错开。圆弧所在区域有磁感应强度为
、方向竖直向上的匀强磁场,导轨Ⅱ所在区域有磁感应强度为
、方向竖直向上的匀强磁场。导轨Ⅱ左端之间连接电动势为E、内阻为R的直流电源。一根质量为m、电阻为R金属杆从导轨Ⅰ上
处静止释放,沿着圆弧运动到最低处
时,速度大小为
。金属杆经过最低处时施加外力使金属杆沿圆弧轨道做匀速圆周运动,到
时立即撤去外力,金属杆进入导轨Ⅱ穿过
、
叠加磁场区域后,在
磁场区域做加速运动,运动一段时间后达到稳定速度,运动过程中导轨Ⅱ对金属杆的摩擦力为
。金属杆与导轨始终接触良好,导轨的电阻不计,重力加速度为g,求: