电磁感应的现象的发现,给电磁的应用开辟了广阔的道路,其中发电机就是电磁感应最重要的应用成果之”。某种直流发电机的工作原理可以简化为如图所示的情景:在竖直向下的磁感应强度为
B的匀强磁场中,两根光滑平行金属轨道
MN、
PQ固定在水平面内,相距为
L,电阻不计,轨道端点
MP间接有阻值为
r的电阻。质量为
M、电阻为
R的金属导体棒
ab垂直于
MN、
PQ放在轨道上,与轨道接触良好,在水平向右的外力的作用下,以速度
v(
v均平行于
MN)向右做匀速运动。求:

(1)导体棒
ab中的感应电动势是多大?通过电阻
r的电流多大?
(2)
a、
b两点间的电势差是多大?
a、
b两点哪一点的电势高?
(3)在
ab棒中产生感应电动势的非静电力是什么力?在图中面出导体棒
ab中自由电荷受到的非静电力
F的方向;
(4)整个回路在
t时间内产生了多少热量?这个热量是如何产生的?试从功能转化角度简要分析;
(5)若加大外力,使得导体棒的速度从
v变为2
v,并测得导体棒加速运动过程中,电路产生的热量为
Q.求这个过程中,外力做了多少功?
(6)若导体棒速度达到2
v后,立即撤去水平向右的外力,则导体棒
ab将做什么运动?最终状态是什么?从撤去外力到导体棒达到稳定状态的过程中,电阻上产生了多少热?
(7)若将
MP之间的电阻换成一个线圈电阻为r的直流电动机,当导体棒
ab以速度

向右做匀速运动时,流过会属棒的电流为

,此时电动机恰可在竖直方向匀速提升质量为
m的重物。若电动机各部分间摩擦损耗可忽略不计,求此时重物竖直上升的速度.