1. (2022·闵行模拟) 如图（a）所示，两根不计电阻、间距L=0.5m的足够长平行光滑金属导轨，竖直固定在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向里，磁感应强度大小为B=0.4T。导轨上端串联非线性电子元件Z和阻值为R=4Ω的电阻。元件Z的图像如图（b）所示，当流过元件Z的电流大于或等于I₀时，电压稳定为U_m。其中I₀=0.25A，U_m=2.0V。质量为m、不计电阻的金属棒可沿导轨运动，运动中金属棒始终水平且与导轨保持良好接触。忽略空气阻力及回路中的电流对原磁场的影响。

1. （1） 闭合开关S，由静止释放金属棒，测得金属棒下落的最大速度v₁=20m/s，试确定金属棒中此时的电流大小和方向；
3. （2） 试确定金属棒质量m；
5. （3） 断开开关S，由静止释放同一根金属棒，求金属棒下落的最大速度v₂；
7. （4） 先闭合开关S，由静止释放同一金属棒，金属棒达到最大速度后，再断开开关S。忽略回路中电流突变的时间，求S断开瞬间金属棒的加速度大小a。