在抗震救灾中常常利用悬停直升机向灾区空投救灾物资(如图甲).对于医药救灾物资只能从不高于
h=20
m处自由释放才能安全着地,实际一些灾区往往地处深山峡谷,直升机能够安全悬停的高度比
h要高得多,直接空投会造成损失.为解决这一问题,“我爱发明”研究小组设计了一台限速装置,不论从多高处释放物资,最终都能以安全速度着地.该装置简化工作原理如图乙所示,竖直绝缘圆盘可以绕圆心
O自由转动,其上固定半径分别为
r1=1
m和
r2=0.5
m的两个同心金属圆环,连接两圆环的金属杆
EF的延长线通过圆心
O,足够长的不可伸长的轻质细绳一端缠绕在大金属圆环上,另一端通过光滑滑轮挂救灾物资,圆环上的
a点和
b点通过电刷连接一可调电阻
R,两圆环之间区域存在垂直于圆盘平面向内的匀强磁场,磁感应强度
B=40
T.(细绳与大金属圆环间没有滑动,金属杆、金属圆环、导线及电刷的电阻均不计,空气阻力及一切摩擦均不计,重力加速度
g=10
m/
s2)

(1)求医药物资能安全着地的最大速度;
(2)利用该装置使医药物资以最大安全速度匀速下降,求此时电阻
R两端的电势差;
(3)若医药物资的质量
m=60
kg,应如何设置可调电阻
R的阻值?
(4)试推导质量为
m的医药物资在匀速下降时,金属杆
EF所受安培力与重力的大小关系.