2019-2020學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 微型專題2 交變電流規(guī)律的應(yīng)用學(xué)案 粵教版選修3-2
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1、微型專題2 交變電流規(guī)律的應(yīng)用 [學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求] 物理觀念:1.進(jìn)一步熟練掌握交變電流的圖象,并能從中獲取相應(yīng)的信息.2.熟練掌握交變電流有效值的計算. 科學(xué)思維:比較交變電流“四值”的適用情況,結(jié)合歐姆定律、焦耳定律等知識進(jìn)行綜合分析和計算. 一、交變電流圖象的應(yīng)用 正弦式交變電流的圖象是一條正弦曲線,從圖象中可以得到以下信息: (1)周期(T)、頻率(f)和角速度(ω):線圈轉(zhuǎn)動的頻率f=,角速度ω=. (2)峰值(Em、Im):圖象上的最大值.可計算出有效值E=、I=. (3)瞬時值:每個“點(diǎn)”的縱坐標(biāo)表示某一時刻的瞬時值. (4)可確定線圈位于中性面的時刻
2、,也可確定線圈平行于磁感線的時刻. (5)判斷線圈中磁通量Φ及磁通量變化率的變化情況. 例1 (多選)圖1表示一交變電流隨時間變化的圖象,由圖可知( ) 圖1 A.用理想交流電流表測該電流,其示數(shù)為10A B.該交變電流的頻率為100Hz C.在t=0.25×10-2s和t=0.75×10-2s時,線圈位于中性面處 D.在t=(T為該交變電流的周期)時刻,該電流大小與其有效值相等 答案 BD 解析 由題圖可知,電流的最大值為10 A,周期為0.01 s,則頻率為100 Hz,有效值為A=10A,而電流表反映的是有效值,故電流表的示數(shù)為10A,A錯誤,B正確;在t=0.2
3、5×10-2s和t=0.75×10-2s時電流最大,此時線圈與中性面垂直,C錯誤;該交變電流瞬時值表達(dá)式為i=Imsinωt=10sintA,在t=時,電流為i=10sin×A=10A,D正確. 例2 (多選)用相同粗細(xì)且由同種材料制成的兩個單匝正方形線圈a、b,在同一勻強(qiáng)磁場中分別繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動,穿過它們的磁通量隨時間變化的圖線如圖2所示.已知兩線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢相同,其中穿過a線圈的磁通量的最大值為Φ0,則( ) 圖2 A.t=0時刻,a線圈中的感應(yīng)電流最大 B.穿過b線圈的磁通量的最大值為 C.a(chǎn)線圈的電阻是b線圈的電阻的2倍 D.兩線圈分別轉(zhuǎn)動一周,a線
4、圈產(chǎn)生的熱量是b線圈產(chǎn)生的熱量的倍 答案 BD 解析 t=0時刻,穿過a線圈的磁通量最大,磁通量變化率為零,感應(yīng)電流為零,A錯誤;穿過線圈的磁通量的最大值Φm=BS,角速度ω=,則線圈中感應(yīng)電動勢的最大值Em=BSω=,得Φm=,由題圖知,Ta=2Tb,且Ema=Emb,則Φma=2Φmb=Φ0,Φmb=,B正確;由Φm=BS及Φma=2Φmb可得Sa=2Sb,則邊長la=lb,電阻Ra=Rb,C錯誤;線圈轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生的熱量Q=,而電動勢的有效值Ea=Eb,則=,得=,D正確. 二、交變電流“四值”的比較及應(yīng)用 交變電流的“四值”,即峰值、有效值、瞬時值、平均值,在不同情況下的應(yīng)用:
5、 (1)在研究某一時刻線圈受到的安培力時,只能用瞬時值. (2)在研究電容器的耐壓值時,只能用峰值. (3)在研究交變電流做功、電功率及產(chǎn)生的熱量時,只能用有效值,交流電流表、交流電壓表顯示的也是有效值. (4)在研究交變電流通過導(dǎo)體橫截面的電荷量時,只能用平均值. 例3 一個電阻為r、邊長為L的正方形線圈abcd共N匝,線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的軸OO′以如圖3所示的角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,外電路電阻為R. 圖3 (1)寫出圖示時刻線圈中感應(yīng)電流的方向. (2)線圈轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值為多大? (3)線圈平面與磁感線夾角為60°時的感應(yīng)電動勢為多大
6、? (4)從圖示位置開始,線圈轉(zhuǎn)過60°角的過程中通過R的電荷量是多少? (5)圖中理想電流表和理想電壓表的示數(shù)各是多少? 答案 見解析 解析 (1)由右手定則可判定電流的方向沿adcba. (2)Em=NBSω=NBL2ω. (3)線圈平面與磁感線成60°角時的瞬時感應(yīng)電動勢 e=Emcos60°=NBL2ω. (4)通過R的電荷量 q=·Δt=·Δt =N==. (5)理想電流表的示數(shù) I=== 理想電壓表的示數(shù) U=IR=. 例4 如圖4甲所示,固定的矩形導(dǎo)體線圈水平放置,線圈的兩端接一個小燈泡,在線圈所在空間內(nèi)存在著與線圈平面垂直的均勻分布的磁場.已知線圈
7、的匝數(shù)n=100匝,總電阻r=1.0 Ω,所圍成的矩形的面積S=0.040 m2,小燈泡的電阻R=9.0 Ω,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間按圖乙所示的規(guī)律變化,線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=nBmS?cos?t,其中Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值,T為磁場變化的周期,不計燈絲電阻隨溫度的變化,求: 圖4 (1)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值; (2)小燈泡消耗的電功率; (3)在0~時間內(nèi),感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的平均值以及通過小燈泡的電荷量. 答案 (1)8.0V (2)2.88W (3)5.1V 0.51A 4.0×10-3C 解析 (1)由題圖乙可知線圈中交變電流的周期 T=3
8、.14×10-2s,所以Em=nBmS?=8.0V. (2)感應(yīng)電流的最大值Im==0.80A 有效值I==A 小燈泡消耗的電功率P=I2R=2.88W. (3)在0~時間內(nèi) 感應(yīng)電動勢的平均值=nS≈5.1V 通過燈泡的平均電流==≈0.51A 通過小燈泡的電荷量Q=Δt==4.0×10-3C. [學(xué)科素養(yǎng)] 通過例3和例4,掌握交變電流“四值”的適用情況,正確將交變電流的“四值”與閉合電路歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、電流定義式等知識有機(jī)結(jié)合起來,體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng). 1.(交變電流圖象的應(yīng)用)在勻強(qiáng)磁場中,一矩形金屬線框繞與磁感線垂直的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖5
9、甲所示,產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化規(guī)律的圖象如圖乙所示,已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為1Ω,外接一只電阻為9Ω的燈泡,則( ) 圖5 A.電壓表V的示數(shù)為20V B.電路中的電流方向每秒改變5次 C.燈泡實(shí)際消耗的功率為36W D.電動勢隨時間變化的瞬時值表達(dá)式為e=20cos5πt (V) 答案 C 解析 由題圖乙知電動勢峰值為20V,周期為0.2s,所以電動勢有效值為20V,角速度ω==10πrad/s.電壓表測的是路端電壓,U=×9V=18V,A錯誤;交變電流的頻率為5Hz,每一周期電流方向改變兩次,所以電流方向每秒改變10次,B錯誤;燈泡實(shí)際消耗的功率為P== W=36 W,
10、C正確;電動勢隨時間變化的瞬時值表達(dá)式為e=20cos10πt (V),D錯誤. 2.(交變電流圖象的理解)甲、乙兩矩形單匝金屬線圈分別繞與磁感線垂直的軸在同一勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,輸出交變電流的感應(yīng)電動勢隨時間變化的圖象如圖6中甲、乙所示,則( ) 圖6 A.甲的頻率是乙的頻率的2倍 B.甲線圈的面積是乙線圈面積的6倍 C.t=1s時,兩線圈中的磁通量均為零 D.t=2s時,兩線圈均與磁感線平行 答案 B 解析 由題圖知甲的周期為2s,乙的周期為1s,所以f甲∶f乙=1∶2,選項(xiàng)A錯誤;甲的電動勢最大值為6 V,乙的電動勢最大值為2 V,所以E甲∶E乙=3∶1,由E=BS
11、ω可知S甲∶S乙=6∶1,選項(xiàng)B正確;當(dāng)線圈處于中性面時磁通量最大,而感應(yīng)電動勢為零,當(dāng)線圈平行于磁感線時,通過線圈的磁通量為零,而感應(yīng)電動勢最大,t=1s和t=2s時線圈均處于中性面位置,選項(xiàng)C、D錯誤. 3.(交變電流“四值”的比較及應(yīng)用)(多選)(2018·眉山市高二下學(xué)期期末)如圖7所示,一矩形金屬線圈面積為S、匝數(shù)為N,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,以角速度ω繞垂直磁場的固定軸勻速轉(zhuǎn)動.則( ) 圖7 A.感應(yīng)電動勢的峰值是NBSω B.感應(yīng)電動勢的有效值是NBSω C.從中性面開始轉(zhuǎn)過30°角時,感應(yīng)電動勢的瞬時值是NBSω D.從中性面開始轉(zhuǎn)過90°角的過程中,
12、感應(yīng)電動勢的平均值是 答案 AC 解析 最大感應(yīng)電動勢Em=NBSω,故A正確;正弦交變電流的有效值為E==NBSω,故B錯誤;當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到中性面開始計時,線圈中感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達(dá)式:e=Emsinωt=NBSωsinωt,故當(dāng)ωt=時,e=,故C正確;根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,在線圈轉(zhuǎn)過90°角的過程中,線圈中感應(yīng)電動勢的平均值:===,故D錯誤. 4.(交變電流“四值”的比較及應(yīng)用)(多選)如圖8甲所示,單匝閉合線圈的半徑為r,電阻為R,磁場垂直線圈所在平面,規(guī)定垂直紙面向里為正方向,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間按圖乙所示的正弦規(guī)律變化,最大值為B0,變化周期為T.下列說法正確的是( )
13、 圖8 A.時刻線圈中的電流最大 B.時刻線圈受到的安培力最大 C.~時間內(nèi)通過線圈的某橫截面的電荷量為 D.0~T時間內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量為 答案 CD 解析 時刻磁場最強(qiáng),變化率為零,故線圈中的電流為零,A錯誤;時刻磁場變化最快,感應(yīng)電流最大,但磁感應(yīng)強(qiáng)度為零,線圈受到的安培力為零,B錯誤;~時間內(nèi)通過線圈的某橫截面的電荷量為q===,C正確;磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間按正弦規(guī)律變化,則線圈內(nèi)產(chǎn)生的是按余弦規(guī)律變化的交變電流,電動勢最大值為Em=B0Sω=,有效值為E==,0~T時間內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量Q==,D正確. 一、選擇題 考點(diǎn)一 交變電流圖象及應(yīng)用 1.某臺家用柴油發(fā)電機(jī)
14、正常工作時能夠產(chǎn)生與我國照明電網(wǎng)相同的交變電流.現(xiàn)在該發(fā)電機(jī)出現(xiàn)了故障,轉(zhuǎn)子勻速轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)速只能達(dá)到正常工作時的一半,則它產(chǎn)生的交變電動勢隨時間變化的圖象是 ( ) 答案 B 解析線圈轉(zhuǎn)速為正常工作時的一半,據(jù)ω=2πn=知,周期變?yōu)檎9ぷ鲿r的2倍,又據(jù)Em=NBSω知,最大值變?yōu)檎r的一半,結(jié)合我國電網(wǎng)交變電流實(shí)際情況,知正確選項(xiàng)為B. 2.(2018·柘皋中學(xué)高二下學(xué)期期中)如圖1甲所示,電阻為1Ω的矩形線圈繞垂直勻強(qiáng)磁場的轉(zhuǎn)軸OO′勻速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生交變電流,現(xiàn)將此電流給阻值為R=10Ω的小燈泡L供電,通過電流傳感器得到燈泡中電流的圖象如圖乙,不考慮溫度對燈泡阻值的影響,
15、下列說法中正確的是( ) 圖1 A.在t=5×10-3s時,線圈處于中性面位置 B.在t=10×10-3s時,穿過線圈的磁通量最大 C.交變電流的瞬時值表達(dá)式為i=5cos50πt (A) D.線圈產(chǎn)生的交變電流的電動勢有效值為55V 答案 A 解析 由題圖乙可知t=5×10-3s時刻感應(yīng)電流為零,此時線圈所在平面處于中性面位置,故A正確;t=10×10-3s時刻感應(yīng)電流最大,此時線圈所在平面與中性面垂直,所以穿過線圈的磁通量最小,故B錯誤;周期T=0.02s,角速度ω==100πrad/s,故電流的瞬時值表達(dá)式為i=5cos100πt (A),故C錯誤;線圈產(chǎn)生的交變電流
16、的電動勢最大值為Em=Im(R+r)=55V,有效值為V,故D錯誤. 3.將阻值為5Ω的電阻接到內(nèi)阻不計的交流電源上,電源電動勢隨時間變化的規(guī)律如圖2所示.下列說法中正確的是( ) 圖2 A.電路中交變電流的頻率為0.25Hz B.通過電阻的電流為A C.電阻消耗的電功率為2.5W D.用交流電壓表測得電阻兩端的電壓為5V 答案 C 解析 電路中交變電流的頻率為f==Hz=25Hz,選項(xiàng)A錯誤;通過電阻的電流為I===A=A,選項(xiàng)B錯誤;電阻消耗的電功率為P=I2R=2×5W=2.5W,選項(xiàng)C正確;用交流電壓表測得電阻兩端的電壓為U=IR=×5V=V,選項(xiàng)D錯誤. 4.
17、(2018·玉溪市民族中學(xué)高二下學(xué)期期中)一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生正弦式交變電流,其電動勢隨時間的變化規(guī)律如圖3甲所示,現(xiàn)若將線圈轉(zhuǎn)速增加為原來的2倍,并以線圈平面與磁場平行時(如圖乙)為計時起點(diǎn),則下列關(guān)于電動勢隨時間的變化規(guī)律四幅圖中正確的是( ) 圖3 答案 B 解析 由題圖甲可知:T=4×10-2s,則ω==rad/s=50π rad/s,電動勢最大值:Em=NBSω=100V.當(dāng)線圈轉(zhuǎn)速增加為原來的2倍之后,根據(jù)公式ω=2πn可知,角速度為ω′=2ω=100π rad/s,周期變?yōu)椋篢′=T=2×10-2 s,電動勢最大值變?yōu)椋篍m′=
18、2Em=200V.以線圈平面與磁場平行時(如題圖乙)為計時起點(diǎn),電動勢瞬時值表達(dá)式為:e′=Em′cosω′t=200cos100πt (V),B正確,A、C、D錯誤. 5.一交流電路如圖4甲所示,電阻R=10Ω.交流電源輸出的電壓u隨時間t變化的圖線如圖乙所示,閉合開關(guān)S后( ) 圖4 A.電路中電流的頻率為100Hz B.電阻R消耗的電功率為14W C.電流表的示數(shù)為1.4A D.電路中電流瞬時值的表達(dá)式為i=sin100πtA 答案 D 解析 由題圖乙可知,交變電流的周期為2×10-2s,所以電路中電流的頻率為f==50Hz,所以A錯誤;電路中電壓瞬時值的表達(dá)式為u
19、=10sin100πtV,電阻的大小為10Ω,所以電流瞬時值的表達(dá)式為i=sin100πtA,所以D正確;電流表的示數(shù)為電流的有效值,所以電流表的示數(shù)為I==A=1A,所以C錯誤;電阻R消耗的電功率P=I2R=12×10W=10W,所以B錯誤. 考點(diǎn)二 交變電流“四值”的比較及應(yīng)用 6.(2018·易門一中高二下學(xué)期期末)一個矩形線圈的匝數(shù)為N,線圈面積為S,在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中以角速度ω繞所在平面內(nèi)垂直磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,開始時,線圈平面與磁場平行.對于它產(chǎn)生的交變電動勢,下列說法正確的是( ) A.瞬時值表達(dá)式為e=NBSωsinωt B.有效值為NBSω C.平均值為
20、NBSω D.頻率為2πω 答案 B 解析 開始時,線圈平面與磁場平行,則e=NBSωcosωt,A錯誤;最大值為Em=NBSω,則有效值為NBSω,B正確;平均值應(yīng)用E=N=,C錯誤;頻率為f=,D錯誤. 7.面積均為S的兩個電阻相同的線圈,分別放在如圖5甲、乙所示的磁場中,甲圖中是磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場,線圈在磁場中以周期T繞垂直磁場方向的OO′軸勻速轉(zhuǎn)動,乙圖中勻強(qiáng)磁場變化規(guī)律為B=B0cost,從圖示位置開始計時,則 ( ) 圖5 A.兩線圈的磁通量變化規(guī)律相同 B.兩線圈中感應(yīng)電動勢達(dá)到最大值的時刻不同 C.經(jīng)相同的時間t(t>T),兩線圈產(chǎn)生的熱量不同
21、D.從此時刻起,經(jīng)過時間,通過兩線圈橫截面的電荷量不同 答案 A 解析題圖甲中磁通量的變化規(guī)律為Φ甲=B0Scos t,題圖乙中磁通量的變化規(guī)律為Φ乙=B0Scos t.由于兩線圈的磁通量變化規(guī)律相同,則兩線圈中感應(yīng)電動勢的變化規(guī)律相同,達(dá)到最大值的時刻也相同,有效值E也相同,又因兩線圈電阻相同,所以Q=t也相同,經(jīng)過時間,通過兩線圈橫截面的電荷量q=·也相同,故A正確. 8.(多選)如圖6所示,單匝矩形線圈放置在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中,以恒定的角速度ω繞垂直磁場方向的ab邊轉(zhuǎn)動,磁場方向垂直于紙面向里,線圈所圍面積為S,線圈導(dǎo)線的總電阻為R.t=0時刻線圈平面與紙面重合.則(
22、) 圖6 A.t時刻線圈中電流的瞬時值表達(dá)式為i=cosωt B.線圈中電流的有效值為I= C.線圈中電流的有效值為I= D.線圈消耗的電功率為P= 答案 CD 解析 回路中感應(yīng)電動勢的最大值Em=BSω,電流的最大值Im==,t=0時刻線圈位于中性面位置,故電流的瞬時值表達(dá)式為i=sinωt.線圈中電流的有效值I==,線圈消耗的電功率P=I2R=,故A、B錯誤,C、D正確. 9.(多選)如圖7所示,交流發(fā)電機(jī)的矩形線圈邊長ab=cd=0.4m,ad=bc=0.2m,線圈匝數(shù)N=100匝,電阻r=1Ω,線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2T的勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸以ω=100πr
23、ad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動,外接電阻R=9Ω,從圖示時刻開始計時,則( ) 圖7 A.電動勢瞬時值為160πsin (100πt) V B.t=0時線圈中磁通量變化率最大 C.t=s時線圈中感應(yīng)電動勢最大 D.交變電流的有效值是8πA 答案 BCD 解析 電動勢的瞬時值e=NBSωcos ωt=100×0.2×0.4×0.2×100πcos(100πt) V=160πcos (100πt) V,A錯誤;圖示時刻即t=0時,Φ=0,但最大,B正確;t=s時,e=Em,C正確;交變電流的有效值是I===8πA,D正確. 10.(多選)如圖8所示,一半徑為r的半圓形單匝線圈放在具
24、有理想邊界的勻強(qiáng)磁場中,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.線圈以直徑ab為軸勻速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)速為n,ab的左側(cè)有垂直于紙面向里(與ab垂直)的勻強(qiáng)磁場,M和N是兩個滑環(huán),負(fù)載電阻為R.線圈、電流表和連接導(dǎo)線的電阻都不計,下列說法中正確的是( ) 圖8 A.轉(zhuǎn)動過程中電流表的示數(shù)為 B.從圖示位置起轉(zhuǎn)過圈的時間內(nèi)產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢為2nπBr2 C.從圖示位置起轉(zhuǎn)過圈的時間內(nèi)通過負(fù)載電阻R的電荷量為 D.轉(zhuǎn)動過程中交變電流的最大值為 答案 ABD 解析 交變電流的最大值為Im==B·πr2·2nπ=,D正確;轉(zhuǎn)動過程中電流表的示數(shù)為有效值,I==,A正確;從圖示位置起轉(zhuǎn)過圈的時間內(nèi)產(chǎn)生的平
25、均感應(yīng)電動勢=·2nπ=2nπBr2,B正確;從圖示位置起轉(zhuǎn)過圈的時間內(nèi)通過負(fù)載電阻R的電荷量q===,C錯誤. 二、非選擇題 11.圖9甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖.其矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的固定軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,線圈的匝數(shù)n=100匝,電阻r=10Ω,線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)與電阻R連接,電阻R=90Ω,與R并聯(lián)的交流電壓表為理想電表.在t=0時刻,線圈平面與磁場方向平行,穿過每匝線圈的磁通量Φ隨時間t按圖乙所示正弦規(guī)律變化.求: 圖9 (1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動勢最大值; (2)電動勢的瞬時值表達(dá)式; (3)線圈轉(zhuǎn)過s時電動勢的瞬時值; (4)電路中交流
26、電壓表的示數(shù). 答案 (1)62.8V (2)e=62.8cos (10πt) V (3)31.4V (4)40V 解析 (1)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電動勢的最大值Em=nBSω 而Φm=BS,ω=,所以Em= 由Φ-t圖線可知,Φm=2.0×10-2Wb,T=0.2s 所以Em=20πV≈62.8V. (2)線圈轉(zhuǎn)動的角速度ω==rad/s=10π rad/s,由于從垂直中性面位置開始計時,所以感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式為e=Emcosωt=62.8cos (10πt) V. (3)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過s時 e=62.8cos (10π×) V=31.4V. (4)電動勢的有效值E==10π
27、V U=E=×10πV=9πV≈40V. 12.如圖10所示,邊長為l的正方形線圈abcd的匝數(shù)為n,線圈電阻為r,外電路的電阻為R,ab的中點(diǎn)和cd的中點(diǎn)的連線OO′垂直磁場且恰好位于勻強(qiáng)磁場的邊界上,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,現(xiàn)在線圈以O(shè)O′為軸,以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動,求: 圖10 (1)以圖示位置為計時起點(diǎn),閉合電路中電流瞬時值的表達(dá)式; (2)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°角的過程中電阻R上產(chǎn)生的熱量; (3)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)過90°角的過程中電阻R上通過的電荷量; (4)電阻R上的最大電壓. 答案 (1)i=sinωt (2) (3) (4) 解析 (1)線圈轉(zhuǎn)動時,總有一條邊
28、切割磁感線,且ad邊和bc邊轉(zhuǎn)動的線速度大小相等,當(dāng)線圈平行于磁場時,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大,為Em=nBlv=nBl·ω·l=nBl2ω.由閉合電路歐姆定律可知Im=,當(dāng)以圖示位置為計時起點(diǎn)時,流過R的電流瞬時值表達(dá)式為i=Imsinωt=sinωt. (2)在線圈從圖示位置勻速轉(zhuǎn)過90°角的過程中,用有效值來計算電阻R上產(chǎn)生的熱量,Q=I2R·, 其中I==,T=, 即Q=I2R·=. (3)在線圈轉(zhuǎn)過90°角的過程中感應(yīng)電動勢的平均值為 =n==, 流過R的平均電流 ==, 所以通過R的電荷量 q=·=·=. (4)由歐姆定律可知電阻R上的最大電壓為 Um=ImR=. 16
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