Question

3．在水平方向的勻強磁場中，有一正方形閉合線圈繞垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動，已知線圈的匝數(shù)為n=100匝，邊長為20cm，電阻為10Ω，轉(zhuǎn)動頻率f=50Hz，磁場的磁感應(yīng)強度為0.5T．求：
（1）外力驅(qū)動線圈勻速轉(zhuǎn)動的功率；
（2）線圈從轉(zhuǎn)到中性面開始計時，當線圈平面轉(zhuǎn)至與中性面的夾角為30°時，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢及感應(yīng)電流的瞬時值大�。�

Answer 1

分析 （1）由最大值表達式可求得有效值，再由功率公式可求得外力的功率；
（2）由瞬時值表達式可求得瞬時的電動勢和感應(yīng)電流．

解答 解：（1）角速度為：ω=2πf=100π
感應(yīng)電動勢最大值：E_m=nBSω=100×0.5×0.2×0.2×100πV=200πV
電動勢的有效值為：E=$\frac{200π}{\sqrt{2}}$=100π$\sqrt{2}$V
電流為：I=$\frac{E}{R}$=$\frac{100π\(zhòng)sqrt{2}}{10}$=10π$\sqrt{2}$A
外力驅(qū)動的功率等于電流的功率；故有：P=EI=100π$\sqrt{2}$×10π$\sqrt{2}$=19720W；
（2）從中性面開始計時交變電動勢瞬時值的表達式為：
e=E_m sinωt=200πsin100πt （V）
當轉(zhuǎn)過30°時，有：e=200π×sin30°=100πV；
感應(yīng)電流為：I=$\frac{100π}{10}$=10πA．
答：（1）外力驅(qū)動線圈勻速轉(zhuǎn)動的功率為19720W；
（2）線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為100πV，感應(yīng)電流的瞬時值大小為10πA．

點評 本題考查了有關(guān)交流電描述的基礎(chǔ)知識，要能根據(jù)題意寫出瞬時值的表達式，知道有效值跟峰值的關(guān)系．線框在勻強磁場中勻速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生正弦式交變電流．而對于電表讀數(shù)、求產(chǎn)生的熱量均由交變電的有效值來確定，而涉及到耐壓值時，則由最大值來確定．