Question

某中學研究性學習小組的同學，根據中學物理學習的內容，課外制作了一種自行車照明系統。右圖是這種自行車照明系統發電機的結構示意圖，轉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。

    已知自行車車輪半徑r=35 cm，摩擦小輪半徑r₀=1.00 cm。線圈n=800匝，線圈橫截面積S=20 cm²，總電阻R₁=40 Ω。旋轉磁極(磁極與線圈相對運動時，產生的最大電動勢為ε_m=nBSω)的磁感應強度B=0.010 T，車頭燈的電阻R₂=10 Ω。當車輪轉動的角速度ω=8 rad/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。

Answer 1

(1)280 rad/s  (2)64 mA

解析：(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之間相對滑動，故有ω₀r₀=ωr                                      ①

ω₀==8×rad/s=280 rad/s                    ②

(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

ε_m=nBω₀S=800×0.010×280×20×10^-4 V=4.48 V      ③

感應電動勢的有效值ε== V=3.2 V          ④

通過燈的電流有效值I=A=64 mA    ⑤