Question

19．如圖所示為一交流發(fā)電機的原理示意圖，其中矩形線圈abcd的邊長ab=cd=50cm，bc=ad=20cm，匝數(shù)n=200，線圈的總電阻r=0.20Ω，線圈在磁感強度B=0.05T的勻強磁場中繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸OO′勻速轉(zhuǎn)動，角速度ω=300rad/s．線圈兩端通過電刷E、F與阻值R=4.8Ω的定值電阻連接．
（1）從線圈經(jīng)過中性面開始計時，寫出線圈中感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達式；
（2）發(fā)電機的輸出功率；
（3）求從線圈經(jīng)過中性面開始計時，經(jīng)過$\frac{1}{4}$周期時間通過電阻R的電荷量．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)E_m=nBSω求出最大電動勢，再寫出瞬時值表達式；
（2）先根據(jù)最大值與有效值的關(guān)系求出有效值，再根據(jù)閉合電路歐姆定律求解電流的有效值，之后求解外電阻的熱功率就是發(fā)電機的輸出功率；
（3）用平均電流與時間愛你的乘積來計算通過電阻R的電荷量．

解答 解：（1）線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的最大值
E_m=nBωS
解得：E_m=300V
感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達式
e=E_msinωt=300sin300t（V）
（2）線圈中感應(yīng)電動勢的有效值
E=$\frac{{E}_{m}}{\sqrt{2}}=150\sqrt{2}V$
電流的有效值
I=$\frac{E}{R+r}=\frac{150\sqrt{2}}{4.8+0.2}A=30\sqrt{2A}$
交流發(fā)電機的輸出功率即為電阻R的熱功率
P=${I}^{2}R{=（30\sqrt{2}}^{）2}×4.8W=8.64{×10}^{3}W$
（3）根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：
$\overline{E}=n\frac{△∅}{△t}=n\frac{B△S}{△t}$
由閉合電路歐姆定律：$\overline{I}=\frac{\overline{E}}{R+r}$
q=$\overline{I}t$
聯(lián)立解得：q=0.2C
答：（1）從線圈經(jīng)過中性面開始計時，線圈中感應(yīng)電動勢隨時間變化的表達式e=E_msinωt=300sin300t（V）；
（2）發(fā)電機的輸出功率8.64×10³W；
（3）求從線圈經(jīng)過中性面開始計時，經(jīng)過$\frac{1}{4}$周期時間通過電阻R的電荷量為0.2C

點評 解決本題的關(guān)鍵知道正弦式交流電峰值的表達式E_m=nBSω，以及知道峰值與有效值的關(guān)系，知道求解電荷量時要用平均值．