如图甲所示，两根相距为L的金属轨道固定于水平面上，导轨电阻不计，一根质量为m、长为L、电阻为R的金属棒两端放于导轨上，导轨与金属棒间的动摩擦因数为µ，棒与导轨的接触电阻不计．导轨左端连有阻值为2R的电阻，在电阻两端接有电压传感器并与计算机相连．有n段竖直向下的宽度为a间距为b的匀强磁场（a＞b），磁感强度为B、金属棒初始位于OO′处，与第一段磁场相距2a．
（1）若金属棒有向右的初速度v0，为使金属棒保持v0一直向右穿过各磁场，需对金属棒施加一个水平向右的拉力，求金属棒进入磁场前拉力F1的大小和进入磁场后拉力F2的大小；
（2）在（1）的情况下，求金属棒从OO′开始运动到刚离开第n段磁场过程中，拉力所做的功；
（3）若金属棒初速为零，现对棒施以水平向右的恒定拉力F，使棒穿过各段磁场，发现计算机显示出的电压随时间以固定的周期做周期性变化，在给定的坐标图乙中定性地画出计算机显示的图象（从金属棒进入第一段磁场开始计时）．
（4）在（3）的情况下，求整个过程导轨左端电阻上产生的热量，以及金属棒从第n段磁场穿出时的速度．
（1）金属棒进入磁场前，F1=f=μN=μmg
金属棒在磁场中运动时，F2=f+F安=f+BIL
又I=
=E 2R+R
，BLv0 3R
联立得 F2=μmg+B2L2v0 3R
（2）在非磁场区域外力F1所做的功为 W1=F1[2a+（n-1）b]=μmg[2a+（n-1）b]
在磁场区域外力F2所做的功为 W2=F2×na=(μmg+
)naB2L2v0 3R
在此过程拉力所做的总功 W=W1+W2=μmg[(n+2)a+(n-1)b]+nB2L2avo 3R
（3）要使棒进入各磁场的速度都相同，金属棒在无磁场区域做加速运动，在磁场区域做减速运动，则穿过各段磁场时，感应电动势减小，路端电压减小，而且速度减小时，安培力减小，加速度减小，则路端电压减小变化慢，电压图象的斜率减小，可作出电压图象如图．
（4）进入各磁场时的速度均相同，等于从OO´运动2a位移时的速度，根据动能定理得
(F-μmg)×2a=
mv′21 2
每经过一段磁场产生的电能相同，设为E电，根据动能定理，有
Fa-μmga-E电=
mv2-1 2
mv′21 2
所以
E电=Fa-μmga-
mv2+1 2
mv′21 2 =Fa-μmga-(F-μmg)(2a-b)+(F-μmg)×2a =(F-μmg)(a+b)
Q=
×2R=nE电 3R
n(F-μmg)(a+b)，2 3
解得 v=(F-μmg)(4a-2b) m
答：（1）金属棒进入磁场前拉力F1的大小为μmg，进入磁场后拉力F2的大小为μmg+
；B2L2v0 3R
（2）金属棒从OO′开始运动到刚离开第n段磁场过程中，拉力所做的功为μmg[（n+2）a+（n-1）b]+
；nB2L2av0 3R
（3）电压图象如图；
（4）整个过程导轨左端电阻上产生的热量为
n(F-μmg)(a+b)，金属棒从第n段磁场穿出时的速度为2 3
．(F-μmg)(4a-2b) m