为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置．如图所示，自行车...

为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置．如图所示，自行车后轮由半径r1=5.0×10-2m的金属内圈、半径r2=0.40m的金属外圈和绝缘幅条构成．后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡．在支架上装有磁铁，形成了磁感应强度B=0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场，其内半径为r1、外半径为r2、张角θ=π/6 ．后轮以角速度 ω=2πrad/s相对于转轴转动．若不计其它电阻，忽略磁场的边缘效应．

（1）当金属条ab进入“扇形”磁场时，求感应电动势E，并指出ab上的电流方向；

（2）当金属条ab进入“扇形”磁场时，画出“闪烁”装置的电路图；

（3）从金属条ab进入“扇形”磁场时开始，经计算画出轮子一圈过程中，内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab-t图象；

（4）若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡，该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请给出你的评价．

（1）E=4.9×10-2V，方向从（2）（3）（4）闪烁装置不能正常工作，具体见解析．【解析】（1）金属条ab在磁场中切割磁感线运动，所构成的回路磁通量变化，设经过时间，磁通量变化率为，由法拉第电磁感应定律得： ① ② 由①②两式并代入数据得：③ 根据右手定则（或愣次定律），可知感应电流方向为．④ （2）通过分析，可得电路为 (3)设电路中的总电阻，根据电路可知⑤ Ab两段电势差为⑥ 设 ab离开磁场区域的时刻为，下一条金属条进入磁场区域的时刻为 ⑦ ⑧ 设轮子转一圈的周期为T，则 T=1s⑨ 在T=1s内，金属条四次进出磁场，后三次与第一次一样．由上面4式可画出如下图图像 (4)“闪烁“装置不能正常工作．（金属条的电动势远小于小灯泡的额定电压，因此无法正常工作） B增大，E增大，但有限度 r2增大，E增大，但有限度 ω增大，E增大，但有限度 θ增大，E不变．

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考点分析：

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如图（a）所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线与阻值为2R的电阻R1连结成闭合回路．线圈的半径为r1 . 在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图（b）所示．图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0. 导线的电阻不计．求0至t1时间内