如图甲所示，水平面内有两条间距为
的不计电阻的平行金属直导轨，左端接一个原本不带电的电容器，电容
。导轨在G、H两处被不计长度的绝缘材料分隔开。一根长度也为L、质量
、电阻
的金属棒ab跨放在GH左侧足够远处。另有质量
、电阻为
的均匀金属丝制成的一个半径也为L的刚性圆环，水平放在GH右侧某处，其圆心到两直导轨的距离相等。仅在两导轨之间的区域内有一个竖直向下的匀强磁场，磁感应强度
。现给金属棒ab一个水平向右的初速度
（大小未知），已知ab棒经过GH时速度为
。不计任何摩擦，且所有金属部件的接触处均连接良好，无接触电阻。
(1)金属棒ab刚经过GH后的瞬间，a点电势 b点电势（选填“大于”或“小于”），并求ab两端的电压大小U；
(2)求电容器的最终带电量Q以及ab棒的初速度
；
(3)如图乙，撤去原磁场、金属棒ab和电容C，在轨道右侧固定一个形状完全等同圆弧EF的绝缘挡板LJ，并仅在曲线图形EFJI区域内加竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为
。同时在两导轨的P、N处也由不计长度的绝缘材料分隔开；
，金属环触碰到挡板即被锁定不动。现给金属环一个水平向右的初速度
，方向与导轨平行。求金属环在整个运动过程中产生的焦耳热，以及通过金属环的K部位处横截面的电荷量。（K位于圆弧EF之间）
【答案】(1)大于，
(2)0.5C，
(3)
，
【知识点】求导体棒运动过程中通过其截面的电量、计算导轨切割磁感线电路中产生的热量、作用的导体棒在导轨上运动的电动势、安培力、电流、路端电压、动量定理的内容
【详解】（1）（1）根据右手定则可知感应电流由a点流向b点，故a点电势大于b点电势；
导体棒切割磁感线产生的电动势为
根据题意，金属环在导轨间两段圆弧并联接入电路中，轨道外侧的两端圆弧金属环被短路可知，外电阻为
等效电源的内阻为
r=R
所以ab刚越过GH时，ab两端的电压大小为
（2）稳定时，电容器两极板的电压
根据电容的定义式
所以电容器的最终带电量为
对金属棒ab，由动量定理有
其中
即
代入数据得ab棒的初速度为
（3）对金属环，到达PN之前
由动量定理得
过了PN之后
由动量定理得
通过金属环的K部位处横截面的电荷量
代入数据得
金属环碰撞前的末速度
由能量守恒得
代入数据得金属环在整个运动过程中产生的焦耳热
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