Question

11．如圖為某交流發(fā)電機(jī)和外接負(fù)載的示意圖，發(fā)電機(jī)電樞線圈abdc為n=500匝的矩形線圈，其中ac長(zhǎng)為L(zhǎng)₁=10cm，ab長(zhǎng)為L(zhǎng)₂=5cm．線圈繞垂直于磁場(chǎng)的軸OO′在磁感強(qiáng)度為B=0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以ω=200rad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（不計(jì)一切摩擦），線圈總電阻為r=2.0Ω，外電路負(fù)載電阻為R=8.0Ω．試求：
（1）交變電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式（設(shè)線圈由中性面開(kāi)轉(zhuǎn)）；
（2）電路中伏特表的示數(shù)；
（3）線圈由圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)$\frac{π}{1200}$s，通過(guò)R的電荷量．

Answer 1

分析 （1）首先要知道該裝置產(chǎn)生的是正弦交流電，從中性面開(kāi)始計(jì)時(shí)，瞬時(shí)表達(dá)式為e=E_msinωt．先求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值，再求解即可；
（2）由峰值求出有效值，利用閉合電路的歐姆定律求電流，再求負(fù)載兩端的電壓即伏特表的示數(shù)；
（3）由圖示位置經(jīng)$\frac{π}{1200}s$，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律列式求解平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)歐姆定律求解平均電流，再分解q=It求解電荷量；

解答 解：（1）電動(dòng)勢(shì)的最大值：
E_m=nBSω=nBL₁L₂ω=500×0.2×0.1×0.05×200V=100V
交變電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值：
e=E_msinωt=100sin200tV
（2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值：E=$\frac{{E}_{m}}{\sqrt{2}}=\frac{100}{\sqrt{2}}V=50\sqrt{2}V$
故電壓表讀數(shù)：U=$\frac{RE}{R+r}=\frac{8×50\sqrt{2}}{8+2}V=40\sqrt{2}V$
（3）由圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)$\frac{1}{1200}$s，產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：$\overline{E}=n\frac{△∅}{△t}$
感應(yīng)電流：$\overline{I}=\frac{\overline{E}}{R+r}$
電量：
q=It
聯(lián)立得到：
q=n $\frac{△∅}{R+r}$=500×$\frac{0.2×0.1×0.05×0.5}{8+2}$C=0.025C
答：（1）交變電動(dòng)勢(shì)的表達(dá)式為e=100sin200t（V）；
（2）電路中伏特表的示數(shù)為$40\sqrt{2}$
（3）線圈由圖示位置開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)$\frac{π}{1200}$s，通過(guò)R的電荷量為0.025 C

點(diǎn)評(píng) 本題關(guān)鍵是區(qū)分交流電的瞬時(shí)值、有效值、平均值和最大值，要能夠結(jié)合閉合電路歐姆定律列式求解，不難，要有耐心！