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简答题

一线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴以3000r/min匀速转动.当线圈平面与磁感线平行时,线圈感应电动势大小为20V.求此线圈从中性面位置开始旋转1/600s的时间内感应电动势的平均值?

正确答案

因n=3000r/min=50r/s,由ω=2πn=100πrad/s.

当线圈平面与磁感线平行时,线圈感应电动势大小为20V,即为感应电动势的最大值,

因此 B△S==T•m2=Wb;

根据法拉第电磁感应定律得

感应电动势平均值为===V=5.12V

答:线圈从中性面位置开始旋转s的时间内感应电动势的平均值为5.12V.

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简答题

有人为汽车设计的一个“再生能源装置”原理简图如图1所示,当汽车减速时,线圈受到磁场的阻尼作用帮助汽车减速,同时产生电能储存备用.图1中,线圈的匝数为n,ab长度为L1,bc长度为L2.图2是此装置的侧视图,切割处磁场的磁感应强度大小恒为B,有理想边界的两个扇形磁场区夹角都是900.某次测试时,外力使线圈以角速度ω逆时针匀速转动,电刷M端和N端接电流传感器,电流传感器记录的i-t图象如图3所示(I为已知量),取ab边刚开始进入左侧的扇形磁场时刻t=0.不计线圈转动轴处的摩擦

(1)求线圈在图2所示位置时,产生电动势E的大小,并指明电刷M和N哪个接电源正极;

(2)求闭合电路的总电阻R和外力做功的平均功率P;

(3)为了能够获得更多的电能,依据所学的物理知识,请你提出改进该装置的三条建议.

正确答案

(1)有两个边一直在均匀辐向磁场中做切割磁感线运动,故根据切割公式,有

E=2nBL1v

其中v=ωL2

解得E=nBL1L2ω

根据右手定则,M端是电源正极  

(2)根据欧姆定律,电流:I =

解得R=

线圈转动一个周期时间内,产生电流的时间是半周期,故外力平均功率P=I2R

解得P=

(3)增加磁感应强度;增加线圈匝数;增加磁场区域面积; 适当增加线圈面积;变成多组线圈等                             

答:(1)线圈在图2所示位置时,产生电动势E的大小为nBL1L2ω,电刷M接电源正极;

(2)闭合电路的总电阻R为,外力做功的平均功率P为

(3)为了能够获得更多的电能,可以增加磁感应强度;增加线圈匝数;增加磁场区域面积; 适当增加线圈面积;变成多组线圈等.

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如图所示,矩形线圈abcd在磁感应强度B=2T的匀强磁场中绕轴OO′以角速度ω=10πrad/s匀速转动,线圈共10匝,电阻r=5Ω,ab=0.3m,bc=0.6m,负载电阻R=45Ω.求:

(1)写出从图示位置开始计时线框中感应电动势的瞬时值表达式;

(2)电阻R在0.05s内产生的热量;

(3)0.05s内流过电阻R上的电量(设线圈从垂直中性面开始转动).

正确答案

(1)电动势的最大值为:Em=nBSω=10×2×0.3×0.6×10πV≈113.04V

故瞬时值表达式:e=Em•cosωt=113.04cos(10πt)V.

(2)电流的有效值:I===1.6A

所以0.05s内R上产生的热量:Q=I2Rt=5.76J.

(3)电动势的平均值:=n

0.05s为从图上位置转过90°,所求的电量:q=It=n==0.072C

答:(1)写出从图示位置开始计时线框中感应电动势的瞬时值表达式e=113.04cos(10πt)V;

(2)电阻R在0.05s内产生的热量5.76J;

(3)0.05s内流过电阻R上的电量0.072C.

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如图所示,一个半径为L的半圆形线圈,以直径ab为轴匀速转动,转速为n,ab的左侧有垂直纸面向里(与ab垂直)的匀强磁场,磁感应强度为B,M和N是两个集流环,负载电阻为R线圈、电流表和连接导线的电阻不计,求:

(1)电流表的示数;

(2)从图示位置起转过1/4周期内负载电阻R上产生的热量;

(3)从图示位置起转过1/4周期内负载电阻R的电荷量.

正确答案

(1)因最大感应电动势,则有:Em=BSω,

又闭合电路欧姆定律,则有:Im=

电流的有效值,I=====

因只存在左侧匀强磁场,因此电流表的示数,I′=

(2)根据焦耳定律,则有,

从图示位置起转过圈的时间内负载电阻R上产生的热量为Q=I2Rt=()2=()2×=

(3)从图示位置起转过圈的时间内,穿过线框平面的磁通量的变化量为:△∅=BπL2

根据推论得到,通过通过小灯泡的电荷量为q=•△t=•△t=△t==

答:(1)电流表的示数,I=

(2)从图示位置起转过周期内负载电阻R上产生的热量Q=

(3)从图示位置起转过周期内负载电阻R的电荷量q=

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电压=120sinω V,频率为50 Hz的交变电流,把它加在激发电压和熄灭电压均为0=60 V的霓虹灯的两端.

(1)求在一个小时内,霓虹灯发光时间有多长?

(2)试分析为什么人眼不能感到这种忽明忽暗的现象?(已知人眼的视觉暂留时间约为s)

正确答案

解:(1)如图所示,画出一个周期内交变电流的-图象,其中阴影部分对应的时间1表示霓虹灯不能发光的时间,根据对称性,一个周期内霓虹灯不能发光的时间为41

0=60 V时,由=120sinω V求得:1s

再由对称性知一个周期内能发光的时间:-41s

再由比例关系求得一个小时内霓虹灯发光的时间为: s=2400 s

(2)很明显霓虹灯在工作过程中是忽明忽暗的,而熄灭的时间间隔只有s(如图中23那段时间),由于人的眼睛具有视觉暂留现象,而这个视觉暂留时间约为s远大于s,因此经过灯光刺激的人眼不会因为短暂的熄灭而有所感觉.

下一知识点 : 交变电流的周期和频率
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