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1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2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(chǎng)可視作勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度B＝0.010T，自行車車輪的半徑R₁＝35cm，小齒輪的半徑R₂＝4.cm，大齒輪的半徑R₃＝10.0cm（見圖 2）。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

  當(dāng)電壓為2.88 V、2.72 V、2.64 V時(shí)出現(xiàn)峰值，表明電子碰撞后，動(dòng)能分別從50.0 eV，變?yōu)?8.8 eV，27.2 eV、26.4 eV,電子通過選擇器進(jìn)入檢測(cè)器，它們減小的動(dòng)能分別在碰撞時(shí)被原子吸收，I—U圖線在特定能量處出現(xiàn)峰值，表明原子能量的吸收是有選擇的、分立的、不連續(xù)的存在定態(tài).(例如在電壓為4.0 V時(shí)沒有電流，表明碰撞后，電子中沒有動(dòng)能為40.0 eV的電子，即碰撞中，電子動(dòng)能不可能只損失（50.0-40.0）eV=10.0 eV，也就是說氦原子不吸收10.0 eV的能量，即10.0 eV不滿足能級(jí)差要求)(4分)

（3）設(shè)原子激發(fā)態(tài)的能極為E_n，E₁=0，則從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，氦原子可能的激發(fā)態(tài)能級(jí)中有以下幾個(gè)能級(jí)存在：

（50．0-28．8）eV=21.2 eV

(50.0-27.2)eV=22.8 eV

(50.0-26.4)eV=23.6 eV  (6分)