Question

曾經流行過一種向自行車車頭燈供電的小型交流發電機，圖1為其結構示意圖。圖中N、S是一對固定的磁極，abcd為固定在轉軸上的矩形線框，轉軸過bc邊中點、與ab邊平行，它的一端有一半徑r₀＝1.0cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊緣相接觸，如圖2所示。當車輪轉動時，因摩擦而帶動小輪轉動，從而使線框在磁極間轉動。設線框由N＝800匝導線圈組成，每匝線圈的面積S＝20cm²，磁極間的磁場可視作勻強磁場，磁感強度B＝0.010T，自行車車輪的半徑R₁＝35cm，小齒輪的半徑R₂＝4.cm，大齒輪的半徑R₃＝10.0cm（見圖 2）。現從靜止開始使大齒輪加速轉動，問大齒輪的角速度為多大才能使發電機輸出電壓的有效值U＝3.2V？（假定摩擦小輪與自行車輪之間無相對滑動）

Answer 1

  當電壓為2.88 V、2.72 V、2.64 V時出現峰值，表明電子碰撞后，動能分別從50.0 eV，變為28.8 eV，27.2 eV、26.4 eV,電子通過選擇器進入檢測器，它們減小的動能分別在碰撞時被原子吸收，I—U圖線在特定能量處出現峰值，表明原子能量的吸收是有選擇的、分立的、不連續的存在定態.(例如在電壓為4.0 V時沒有電流，表明碰撞后，電子中沒有動能為40.0 eV的電子，即碰撞中，電子動能不可能只損失（50.0-40.0）eV=10.0 eV，也就是說氦原子不吸收10.0 eV的能量，即10.0 eV不滿足能級差要求)(4分)

（3）設原子激發態的能極為E_n，E₁=0，則從實驗結果可知，氦原子可能的激發態能級中有以下幾個能級存在：

（50．0-28．8）eV=21.2 eV

(50.0-27.2)eV=22.8 eV

(50.0-26.4)eV=23.6 eV  (6分)