图（甲）是一种手压式环保节能手电筒的结构示意图．使用时，迅速按压手柄，灯泡就能发光，这种不需要干电池的手电筒的工作原理是利用电磁感应现象．其转动装置和齿轮传动装置的简

Question

图（甲）是一种手压式环保节能手电筒的结构示意图．使用时，迅速按压手柄，灯泡就能发光，这种不需要干电池的手电筒的工作原理是利用电磁感应现象．其转动装置和齿轮传动装置的简化原理图如图（乙）、（丙）所示．假设图（乙）中的转动装置由直径r₁=4.0×10^-2m的金属内圈和半径r₂=0.1m的金属外圈构成．内外圈直径接有一根同半径方向的金属条ab，灯泡通过电刷分别跟内外线圈相连接（图乙中未画出）．整个转动装置固定在转动轴上，处于磁感应强度为B=10T的匀强磁场中，磁场方向垂直线的平面（纸面）向里．图（丙）齿轮转动装置中A齿轮固定在转动装置的转动轴上，B、C齿轮同心固定，C轮边缘与手柄相啮合，A、B齿轮边缘相啮合．已知，A、B、C齿轮的半径分别为r_A=4.0×10^-2m，r_B=0.16m，r_C=4.0×10^-2m．灯泡电阻R=6.0Ω，其他电阻均忽略不计，手柄重力忽略不计．当转动装置以角速度ω=1.0×10²rad/s相对于转轴中心O点逆时针转动时，

（1）求金属条上的电流大小和方向；
（2）求手柄向下运动的速度大小；
（3）若整个装置将机械能化为电能的效率为60%，则手按压手柄是作用力多大？

Answer 1

（1）根据圆周运动，得：va=ωr2=1.0×102×0.1=10m/s，同理得：vb=ωr1=4m/s，则ab棒切割磁感线的平均速度：vab=va+vb2=7m/s，故产生的电动势为：E=BL.vab=10×(0.1-4×10-2)×7=4.2V，由闭合电路欧姆定律得：I=ER=...