Question

匝數(shù)為N、面積為S、總電阻為R的矩形閉合線圈，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中按如圖所示方向（俯視逆時(shí)針）以角速度ω繞軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)．t=0時(shí)線圈平面與磁感線垂直，規(guī)定adcba的方向?yàn)殡娏鞯恼�方向．求�?br />（1）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式．
（2）線圈從圖示位置開始到轉(zhuǎn)過90°的過程中的平均電動(dòng)勢．
（3）線圈轉(zhuǎn)到與圖示位置成60°角時(shí)的瞬時(shí)電流的大小．
（4）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中外力做的功．

Answer 1

【答案】分析：（1）先求出線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值表達(dá)式為E_m=NBSω，再由從中性面開始計(jì)時(shí)，從而確定感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式．
（2）根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，求出線圈從圖示位置開始到轉(zhuǎn)過90°的過程的平均電動(dòng)勢；
（3）由感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式，結(jié)合閉合電路歐姆定律可得，線圈轉(zhuǎn)到與圖示位置成60°角時(shí)的瞬時(shí)電流的大��；
（4）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中外力做的功，完全給電阻用來發(fā)熱，因此由有效值來計(jì)算在一周發(fā)熱量．
解答：解：（1）線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為E_m=NBSω，
則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值為e=NBSωsinωt
（2）線圈從圖示位置開始轉(zhuǎn)過90°的過程中，磁通量的變化量為△φ=BS，
所用時(shí)間為，
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，
則平均電動(dòng)勢為
（3）線圈轉(zhuǎn)到與圖示位置成60°角時(shí)的瞬時(shí)電流

（4）感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為
根據(jù)能量守恒定律，線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中外力做的功
答：（1）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中感應(yīng)電動(dòng)勢瞬時(shí)值的表達(dá)式e=NBSωsinωt．
（2）線圈從圖示位置開始到轉(zhuǎn)過90°的過程中的平均電動(dòng)勢．
（3）線圈轉(zhuǎn)到與圖示位置成60°角時(shí)的瞬時(shí)電流的大小．
（4）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中外力做的功．
點(diǎn)評(píng)：（1）從中性面開始計(jì)時(shí)，則瞬時(shí)表達(dá)就是正弦，若是垂直中性面計(jì)時(shí)，則瞬時(shí)表達(dá)式就是余弦；
（2）（3）由法拉第電磁感應(yīng)定律可得平均感應(yīng)電動(dòng)勢，而E=BLV可得瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢．
（4）求電阻發(fā)熱，則必須將交流電的有效值代入計(jì)算．