15.
一位大学生在研究电磁感应问题时设计了如下实验。实验装置如图所示,水平放置的金属轨道
, FM与
平行,相距
, NZ与
平行,相距
, 轨道间区域被边界
、
和
分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区域,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ处于竖直向下的匀强磁场中,Ⅲ处于水平向左的磁场中,磁场磁感应强度的大小均为
。轨道上放置着AB、CD两根金属棒,位置如图所示。两金属棒质量均为
, 电阻均为
, 其中AB棒在Ⅰ区域运动时接入电路的有效电阻为
。
时,AB棒有向右的初速度
, CD棒的速度为0(此后各运动过程,两棒与导轨都始终垂直且接触良好),在CD棒到达
时AB棒恰好到达
, 且两棒均已匀速。此时开始给AB棒一个外力,使AB棒在Ⅱ区域做匀加速运动,发现该外力随时间每秒增加4N,且CD棒在Ⅲ区域的运动时间为1s。当CD棒到达
时,撤去AB棒外力。此后AB棒继续在Ⅱ区域运动,CD棒在Ⅳ区域运动,直到两者稳定。所有轨道电阻不计,Ⅲ区域轨道粗糙,
, 其他轨道光滑,g取
。求: