Question

(2003年全國)曾經(jīng)流行過一種向自行車車頭燈供電的小型交流發(fā)電機(jī)，圖中a為其結(jié)構(gòu)示意圖．圖中N、S是一對(duì)固定的磁極，abcd為固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線框，轉(zhuǎn)軸過bc邊中點(diǎn)、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，如圖中b所示．當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因摩擦而帶動(dòng)小輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使線框在磁極間轉(zhuǎn)動(dòng)．設(shè)線框由N＝800匝導(dǎo)線圈組成，每匝線圈的面積S＝20cm²，磁極間的磁場可視作勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0．010T，自行車車輪的半徑R₁＝35cm，小齒輪的半徑R₂＝4．0cm，大齒輪的半徑R₃＝10．0cm(見圖b)．現(xiàn)從靜止開始使大齒輪加速轉(zhuǎn)動(dòng)，問大齒輪的角速度為多大才能使發(fā)電機(jī)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(duì)滑動(dòng))

 

Answer 1

答案：
解析：

解析：當(dāng)自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過摩擦小輪使發(fā)電機(jī)的線框在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中產(chǎn)生一正弦交流電．設(shè)線框轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω(即摩擦小輪的角速度)，產(chǎn)生的最大電動(dòng)勢(shì)為Em． 則：Em＝NBSω0                                                          ① 發(fā)電機(jī)兩端電壓的有效值為U＝Em                                       ② 設(shè)自行車車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為ω1，由于車輪與摩擦小輪無相對(duì)滑動(dòng)， 有R1ω1＝r0ω0                                                            ③ 又小齒輪與自行車車輪的角速度相同，也為ω1，設(shè)大齒輪的角速度為ω， 有R3ω＝R2ω1                                                            ④ 由以上各式，得：ω＝ 代入數(shù)據(jù)，得  ω＝3．2rad／s． 答案：3．2rad／s 歸納：本題結(jié)合交流電的知識(shí)考查圓周運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律．對(duì)自行車車輪、摩擦小輪、大齒輪、小齒輪，要抓住它們的運(yùn)動(dòng)關(guān)系列式求解．這里的運(yùn)動(dòng)關(guān)系只有兩種可能：①同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度相同，②輪邊緣接觸而又無相對(duì)滑動(dòng)的則線速度相同．