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精英家教網如圖所示是一種自行車上照明用的車頭燈發電機的結構示意圖,轉動軸的一端裝有一對隨軸轉動的磁極,另一端裝有摩擦小輪.電樞線圈繞在固定的U形鐵芯上,自行車車輪轉動時,通過摩擦小輪帶動磁極轉動,使線圈中產生正弦交變電流,給車頭燈供電.已知自行車車輪半徑r=35cm,摩擦小輪半徑r0=1.00cm,線圈有n=800匝,線圈橫截面積S=20cm2,總電阻R1=40Ω.磁極在線圈處產生的磁場可視為勻強磁場,其磁感應強度大小為B=0.01T,車頭燈電阻R2=10Ω.當車輪轉動的角速度ω=8rad/s時,求:
(1)發電機磁極轉動的角速度;
(2)車頭燈中電流的有效值(結果保留兩位有效數字).
分析:根據自行車車輪轉動的線速度與摩擦小輪轉動的線速度相等,求出摩擦小輪轉動的角速度.
由Em=NBSω求出感應電動勢的最大值,進而求出電動勢的有效值,根據歐姆定律求出電流的有效值.
解答:解:(1)磁極與摩擦小輪轉動的角速度相等,由于自行車車輪與摩擦小輪與摩擦小輪之間無相對滑動,故有:
r0ω0=rω
所以:ω0=
r0
=
8×0.35
0.01
=280rad/s
(2)摩擦小輪帶動磁極轉動,線圈產生的感應電動勢的最大值為:
Em=NBSω0=800×0.01×280×20×10-4=4.48V
感應電動勢的有效值:E=
Em
2
=
4.48
2
=3.2V
通過電流的有效值:I=
3.2
10+40
=0.064A
答:(1)發電機磁極轉動的角速度280rad/s.
(2)車頭燈中電流的有效值0.064A.
點評:本題實際問題,考查應用物理知識解決實際問題的能力,關鍵要建立物理模型:傳動裝置加交流發電機.
練習冊系列答案
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(1)發電機磁極轉動的角速度.

(2)車頭燈中電流的有效值.

 

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(1)發電機磁極轉動的角速度.

(2)車頭燈中電流的有效值.

 

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(1)發電機磁極轉動的角速度;

(

2)車頭燈中電流的有效值.

 

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