- 交变电流的产生
- 共278题
(10分)如图所示为交流发电机示意图,匝数为匝的矩形线圈,边长分别为l0cm和20cm,内阻为5
,在磁感强度B=0.5T的匀强磁场中绕
轴以
的角速度匀速转动,线圈和外部20
电阻R相接,求:
(1)S断开时,电压表示数;
(2)S闭合时,电流表示数;
(3)发电机正常工作时,通过电阻R的电流最大值是多少?R上所消耗的电功率是多少?
(4)线圈从图示位置转过90°的过程中,通过电阻R的电量为多少?
正确答案
(1) (2)2A (3)80W(4)
(1)交流发电机产生电动势的最大值 (1分)
S断开时,电压表示数为电动势的有效值 (2分)
(2)S闭合时,电流表示数为干路电流的有效值2A (2分)
(3)电流的最大值A (1分)
电阻R上消耗的电功率W (1分)
(4)
解得:C (3分)
本题考查交变电流的产生和有效值平均值的概念,由公式E=nBSw求得电动势峰值,由峰值和有效值的关系求得电流有效值,通过导线的电量与平均值有关,根据法拉第电磁感应定律可求得电量表达式
如下图所示,匀强磁场磁感应强度B=0.5T,匝数为n=50匝的矩形线圈,绕垂直于匀强磁场的转轴OO′匀速转动,每匝线圈长为L=25cm,宽为d=20cm,线圈每分钟转动1500r,在匀速转动过程中,从线圈平面经过图示位置时开始计时。
小题1:写出交流感应电动势e的瞬时值表达式;
小题2:若每匝线圈本身电阻r=0.02Ω,外接一阻值为13Ω的用电器,使线圈与外电路组成闭合电路,写出交流感应电流i的瞬时值表达式;
小题3:若从线圈平面垂直于磁感线的位置开始计时,感应电动势e′和感应电流i′的瞬时表达式如何?
正确答案
小题1:e =196cos(50πt)V
小题2:i= 14cos(50πt)A
小题3:e′=196sin(50πt)V i′=14sin(50πt)A
(1)线圈匝数n=50,磁场的磁感应强度B=0.5T,线圈转动的角速度ω=2πf=2π×rad/s="50π" rad/s,
线圈的面积S=Ld=0.05m2(2分)
所以Em=nBSω=50×0.5×0.05×50πV=196V(1分)
从图示位置计时,有e=Emcosωt=196cos(50πt)V(1分)
(2)若r=0.02Ω,则r′=" 50r" = 0.02×50Ω=1.0Ω(1分)
R总=" R" + r′=" 13Ω" +1Ω=14Ω(1分)
Im=A="14" A(1分)
所以i=Im cosωt= 14cos(50πt)A(1分)
(3)若从线圈平面与磁感线垂直的位置开始计时,即从中性面开始计时,感应电动势和电流的瞬时值分别为 e′=196sin(50πt)V(1分),i′=14sin(50πt)A(1分)
如图10-1-22所示,一个被x轴与曲线方程所围的空间中存在着匀强磁场.磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度B=0.2 T.正方形金属线框的边长是L=0.2 m,电阻是R=0.1 Ω,它的一边与x轴重合,在拉力F的作用下,以v=10 m/s 的速度水平向右匀速运动.试求:
图10-1-22
(1)拉力F的最大功率是多少?
(2)拉力F要做多少功才能把线框拉过磁场区?
(3)有位同学在老师的帮助下算出了曲线与x轴所围的面积为.请你再帮他算出线框右边框通过磁场区域的过程中通过线框某一截面的电荷量.(结果保留两位有效数字)
正确答案
(1)1.6 W (2)4.8×10-2 J
(3)7.6×10-2 C
(1)当线框的一条竖直边运动到x=0.15 m处时,线圈的感应电动势最大.
Em=BLv="0.2×0.2×10" V="0.4" V
根据欧姆定律可得最大电流为
所以拉力F的最大值为Fm=ImLB="0.16" N
拉力F最大功率为Pm=Fmv="0.16×10" W="1.6" W.
(2)把线框拉过磁场区域时,因为有效切割长度是按正弦规律变化的,所以,线框中的电流也是按正弦规律变化的(有一段时间线框中没有电流).
电动势的有效值是
通电时间为
拉力做功
(3)通过线框截面的电荷量而
所以
当磁场全部进入线框内部时,通过线框截面的电荷量最多,
边长为L、总电阻为R、匝数为n的正方形线框,垂直磁场放在磁感应强度为B的匀强磁场中,t=0时,线框绕OO′轴以周期T匀速转动,如图所示.求:
(1)线框转过30°的过程中,通过线框的电荷量;
(2)从t=0开始转过180°的过程中,通过线框的电荷量.
正确答案
(1)nBL2(2-)/2R (2)2nBL2/R
(1)线框平面转过30°的过程中磁通量的变化ΔΦ=BS-BS·cos30°=
该过程中的平均电动势及平均电流分别为
通过线框的电荷量为Q=·Δt=
=
.
(2)从t=0转过180°的过程中,线框中磁通量的变化为ΔΦ=2BL2,该过程中的平均电动势和平均电流分别为
通过线框的电荷量为.
如图所示,矩形线框匝数N=250匝,ab=12cm,ad=10cm,线框转动的角速度为8rad/s,磁感应强度B=2/
,外电路接有一个发光电压和熄灭电压都为24伏特的氖泡L,求:氖泡的发光频率多大?通电10min,氖泡发光的总时间是多少?(本题从中性面位置开始分析)
正确答案
频率为8赫兹,发光时间为400秒
略
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