Question

 曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图2为其结构示意图.图中N、S是一对固定的磁极，abcd为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc边中点、与ab边平行，它的一端有一半径R₀＝1.0cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图3所示.当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动.设线框由n＝800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S＝20cm²，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感应强度B＝0.010T，自行车车轮的半径R₁＝35cm，小齿轮的半径R₂＝4cm，大齿轮的半径R₃＝10.0cm（见图3）.现从静止开始使大齿轮加速转动，问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U＝3.2V？（假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动）

Answer 1

见解析
【试题分析】
当自行车车轮转动时，通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动，线框中产生一正弦交变电动势，其最大值为
E_max=ω₀BSn
式中ω₀为线框转动的角速度，即摩擦小轮转动的角速度.
发电机两端电压的有效值为
U=
设自行车车轮转动的角速度为ω₁，由于自行车车轮与摩擦小轮之间无相对滑动，有
R₁ω₁＝R₀ω₀
小齿轮转动的角速度与自行车轮转动的角速度相同，也为ω₁.设大齿轮转动的角速度为ω，有
R₃ω＝R₂ω₁
由以上各式解得
ω＝
代入数据得
ω＝3.2r/s