Question

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17-1-20為其結(jié)構(gòu)示意圖.圖中N、S是一對固定的磁極，abcd為固定在轉(zhuǎn)軸上的矩形線框，轉(zhuǎn)軸過bc邊中點，與ab邊平行，它的一端有一半徑R₀＝1.0 cm的摩擦小輪，小輪與自行車車輪的邊緣相接觸.當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動時，因摩擦而帶動小輪轉(zhuǎn)動，從而使線框在磁極間轉(zhuǎn)動.設(shè)線框由N＝800匝導(dǎo)線圈組成，每匝線圈的面積S＝20 cm²，磁極間的磁場可視作勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.010 T，自行車車輪的半徑R₁＝35 cm，小齒輪的半徑R₂＝4.0 cm，大齒輪的半徑R₃＝10.0cm（見圖17-1-21）.現(xiàn)從靜止開始使大齒輪加速轉(zhuǎn)動，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＝3.2 V？（假定摩擦小輪與自行車輪之間無相對滑動）

        

圖17-1-20　　　                             圖17-1-21

Answer 1

解析：當(dāng)自行車車輪轉(zhuǎn)動時，通過摩擦小輪使發(fā)電機(jī)的線框在勻強(qiáng)磁場內(nèi)轉(zhuǎn)動，線框中產(chǎn)生一正弦交流電動勢，其最大值ε_m=ω₀BSN?

式中ω₀為線框轉(zhuǎn)動的角速度，即摩擦小輪轉(zhuǎn)動的角速度.?

發(fā)電機(jī)兩端電壓的有效值

設(shè)自行車車輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω₁，由于自行車車輪與摩擦小輪之間無相對滑動，有R₁ω₁=r₀ω₀?

小齒輪轉(zhuǎn)動的角速度與自行車輪轉(zhuǎn)動的角速度相同，也為ω₁.設(shè)大齒輪轉(zhuǎn)動的角速度為ω，有R₃ω=R₂ω₁?

由以上各式解得

代入數(shù)據(jù)得ω＝3.2 rad/s.