Question

10．如圖所示為一交流發(fā)電機(jī)的原理示意圖，已知矩形線圈abcd的面積S=0.05m²，匝數(shù)N=200，線圈的總電阻r=1Ω，線圈兩端通過(guò)電刷E．F與阻值R=4Ω的定值電阻連接．線圈在磁感強(qiáng)度B=$\frac{\sqrt{2}}{2π}$T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞垂直于磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速n=120r/min．不計(jì)電路中的其它電阻．求：
（1）線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值E_m；
（2）圖中電壓表的示數(shù)U；
（3）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量Q．

Answer 1

分析 （1）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由最大值表達(dá)式可求得產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的最大值；
（2）電壓表測(cè)量的是有效值，根據(jù)閉合電路的歐姆定律即可求得；
（3）由最大值和有效值的關(guān)系可求得有效值，再由歐姆定律及熱功即可求得

解答 解：（1）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為：ω=2πn=4πrad/s       
線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E_m=NBSω
代入數(shù)據(jù)得：E_m=20$\sqrt{2}$V           
（2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：$E=\frac{E_m}{{\sqrt{2}}}=20$V                
電壓表的示數(shù)為：$U=\frac{R}{R+r}E$
代入數(shù)據(jù)得：U=16 V                         
（3）轉(zhuǎn)動(dòng)的周期為：T=$\frac{1}{n}$=0.5s                                 
產(chǎn)生的熱量為：Q=$\frac{U^2}{R}T$=$\frac{1{6}^{2}}{4}×0.5J=32J$        
答：（1）線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值E_m為20$\sqrt{2}$V
（2）圖中電壓表的示數(shù)U為16V；
（3）線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過(guò)程中電阻R上產(chǎn)生的熱量Q為32J．

點(diǎn)評(píng) 本題考查交變電流最大值、有效值的理解和應(yīng)用的能力，對(duì)于交流電表的測(cè)量值、計(jì)算交流電功率、電功等都用到有效值．