14.如圖,線圈的面積是0.05m2,共100匝,線圈電阻為1Ω,外接電阻R=9Ω,勻強磁場的磁感強度為B=$\frac{{\sqrt{2}}}{π}$T,當(dāng)線圈以300r/min的轉(zhuǎn)速勻速旋轉(zhuǎn)時,求:
(1)若從線圈處于中性面開始計時,寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式.
(2)線圈轉(zhuǎn)了$\frac{1}{20}$s時電動勢的瞬時值多大?
(3)電路中電壓表、電流表的示數(shù)各是多少?

分析 (1)從線圈處于中性面開始計時,線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式e=Emsinωt,由Em=NBSω求出Em
(2)將t=$\frac{1}{20}$s代入e=Emsinωt求解.
(3)交流電壓表和電流表測量的是有效值,根據(jù)歐姆定律和有效值與最大值的關(guān)系求解.

解答 解:(1)角速度:
ω=2πn=2π×5=10πrad/s
從中性面開始計時瞬時值表達式為:
e=Emsin(ωt)=NBSωsin(ωt)=100×$\frac{\sqrt{2}}{π}$×0.05×10πsin(10πt)=50$\sqrt{2}$sin(10πt)V
(2)線圈轉(zhuǎn)了$\frac{1}{20}$s時電動勢的瞬時值:
e=50$\sqrt{2}$sin(10π×$\frac{1}{20}$)V=50$\sqrt{2}$V
(3)電動勢的有效值為:
E=$\frac{{E}_{m}}{\sqrt{2}}$=$\frac{50\sqrt{2}}{\sqrt{2}}$V=50V
故電流:I=$\frac{E}{R+r}=\frac{50}{9+1}=5A$
電壓表讀數(shù):U=IR=5×9V=45V
答:(1)若從線圈處于中性面開始計時,寫出線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時值表達式為e=50$\sqrt{2}$sin(10πt)V;
(2)線圈轉(zhuǎn)了$\frac{1}{20}$s時電動勢的瞬時值為50$\sqrt{2}$(V);
(3)電路中電壓表、電流表的示數(shù)分別為45V、5A.

點評 本題考查對交流發(fā)電機原理的理解能力.對于交流電表,顯示的是交流電的有效值.瞬時值表達式要注意計時起點,不同的計時起點表達式的初相位不同.

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