如图所示,等间距的两光滑金属导轨由足够长的水平直轨和倾斜直轨在
处平滑连接组成。
与导轨垂直,导轨间距为
, 水平直轨在同一水平面内,处于磁感应强度大小为
、方向竖直向上的匀强磁场中。水平直轨左侧有直流电源、电容为
的电容器和定值电阻
, 长度为
、质量为
、电阻为
的金属棒
静置在水平直轨上,金属棒
距电阻
足够远,质量为
的绝缘棒
被控制静置于倾斜直轨上,绝缘棒
距水平轨道高度为
, 不计金属导轨电阻。开始时,开关
断开,将单刀双掷开关
接“1”,使电容器完全充电,然后
接“2”,金属棒
从静止开始加速运动至稳定速度后,当金属棒
到
的距离为
时,
立即与“2”断开、同时闭合
, 金属棒
运动至
处时,恰好与从倾斜直轨上由静止开始自由下滑的绝缘棒
在
处发生弹性碰撞,碰撞时间极短可不计,随后绝缘棒
能在倾斜直轨上到达的最大高度为
。已知以后绝缘棒
与金属棒
每次再发生碰撞时金属棒
均已停止运动,所有碰撞均为弹性碰撞,整个运动过程中,M、N始终与导轨垂直并接触良好,两棒粗细不计,重力加速度为
。求: