Question

（22分）為了提高自行車夜間行駛的安全性，小明同學設計了一種“閃爍”裝置，如圖所示，自行車后輪由半徑r₁=5.0╳10^-2m的金屬內圈、半徑r₂=0.40m的金屬內圈和絕緣輻條構成。后輪的內、外圈之間等間隔地接有4根金屬條，每根金屬條的中間均串聯有一電阻值為R的小燈泡。在支架上裝有磁鐵，形成了磁感應強度B=0.10T、方向垂直紙面向外的“扇形”勻強磁場，其內半徑為r₁、外半徑為r₂、張角θ=π/6。后輪以角速度ω="2π" rad/s相對于轉軸轉動。若不計其它電阻，忽略磁場的邊緣效應。

（1）當金屬條ab進入“扇形” 磁場時，求感應電動勢E，并指出ab上的電流方向；
（2）當金屬條ab進入“扇形” 磁場時，畫出“閃爍”裝置的電路圖；
（3）從金屬條ab進入“扇形” 磁場開始，經計算畫出輪子轉一圈過程中，內圈與外圈之間電勢差Uab-t圖象；
（4）若選擇的是“1.5V、0.3A”的小燈泡，該“閃爍”裝置能否正常工作？有同學提出，通過改變磁感應強度B、后輪外圈半徑r₂、角速度ω和張角θ等物理量的大小，優化前同學的設計方案，請給出你的評價。

Answer 1

（1） （2）見解析（3）見解析（4）不能

解析