如圖所示,由粗細均勻的電阻絲繞成的矩形導線框abcd固定于水平面上,導線框邊長ab=L,bc=2L,整個線框處于豎直方向的勻強磁場中,磁場的磁感強度為B.導線框上各段導線的電阻與其長度成正比,已知該種電阻絲單位長度上的電阻為λ,λ的單位是Ω/m.今在導線框上擱置一個與ab邊平行地且與導線框接觸良好的金屬棒MN,MN的電阻為r,其材料與導線框的材料不同,如圖所示.金屬棒MN在外力作用下沿x軸正方向作速度為v的勻速運動,在金屬棒從導線框最左端(該處x=0)運動到導線框最右端的過程中:
(1)請寫出金屬棒中的感應電流I隨x變化的函數(shù)關系式;
(2)試證明當金屬棒運動到bc段中點時,MN兩點間電壓最大,并請寫出最大電壓U
m的表達式;
(3)試求出在此過程中,金屬棒提供的最大電功率P
m;
(4)試討論在此過程中,導線框上消耗的電功率可能的變化情況.
