20．如圖1所示，半徑為r的金屬細(xì)圓環(huán)水平放置，環(huán)內(nèi)存在豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B=kt（k＞0，且為已知的常量）。
（1）已知金屬環(huán)的電阻為R．根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，求金屬環(huán)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E
感和感應(yīng)電流I；
（2）麥克斯韋電磁理論認(rèn)為：變化的磁場(chǎng)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng)，這種電場(chǎng)與靜電場(chǎng)不同，稱為感生電場(chǎng)或渦旋電場(chǎng)。圖1所示的磁場(chǎng)會(huì)在空間產(chǎn)生如圖2所示的圓形渦旋電場(chǎng)，渦旋電場(chǎng)的電場(chǎng)線與金屬環(huán)是同心圓。金屬環(huán)中的自由電荷在渦旋電場(chǎng)的作用下做定向運(yùn)動(dòng)，形成了感應(yīng)電流。渦旋電場(chǎng)力F充當(dāng)非靜電力，其大小與渦旋電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E的關(guān)系滿足F=qE．如果移送電荷q時(shí)非靜電力所做的功為W，那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E
感=
。
a.請(qǐng)推導(dǎo)證明：金屬環(huán)上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小為E=
kr；
b.經(jīng)典物理學(xué)認(rèn)為，金屬的電阻源于定向運(yùn)動(dòng)的自由電子與金屬離子（即金屬原子失去電子后的剩余部分）的碰撞。在考慮大量自由電子的統(tǒng)計(jì)結(jié)果時(shí)，電子與金屬離子的碰撞結(jié)果可視為導(dǎo)體對(duì)電子有連續(xù)的阻力，其大小可表示為f=bv（b＞0，且為已知的常量）。
已知自由電子的電荷量為e,金屬環(huán)中自由電子的總數(shù)為N．展開(kāi)你想象的翅膀，給出一個(gè)合理的自由電子的運(yùn)動(dòng)模型，并在此基礎(chǔ)上，求出金屬環(huán)中的感應(yīng)電流I。
（3）宏觀與微觀是相互聯(lián)系的。若該金屬單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n,請(qǐng)你在（1）和（2）的基礎(chǔ)上推導(dǎo)該金屬的電阻率ρ與n、b的關(guān)系式。
