Question

如图所示为一个小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈的长度ab＝0.25 m，宽度bc＝0.20 m，共有n＝100匝，总电阻r＝1.0 Ω，可绕与磁场方向垂直的对称轴OO′转动．线圈处于磁感应强度B＝0.40 T的匀强磁场中，与线圈两端相连的金属滑环上接一个“3.0 V,1.8 W”的灯泡．当线圈以角速度ω匀速转动时，小灯泡消耗的功率恰好为1.8 W．则：

(1)推导发电机线圈产生感应电动势最大值的表达式为E_m＝nBSω(其中S表示线圈的面积)；

(2)求线圈转动的角速度ω；

(3)求线圈以上述角速度转动100周过程中发电机产生的电能．

Answer

(1)见解析 (2)2.55 rad/s (3)5.3×102 J

【解析】(1)线圈平面与磁场方向平行时产生的感应电动势最大，

设ab边的线速度为v，则

该边产生的感应电动势为：E1＝BLabv

与此同时线圈的cd边也在切割磁感线，产生的感应电动势为：E2＝BLcdv

线圈产生的总感应电动势为Em＝n(E1＋E2)，因为Lab＝Lcd，

所以Em＝n·2BLabv

线速度v＝ωLbc，所以

Em＝nBLabLbcω，而S＝LabLbc(S表示线圈的面积)，所以所求表达式为：Em＝nBSω.

(2)设小灯泡正常发光时的电流为I，则I＝＝0.60 A

设灯泡正常发光时的电阻为R，

则R＝＝5.0 Ω

根据闭合电路欧姆定律得：E＝I(R＋r)＝3.6 V

发电机感应电动势最大值为Em＝E，Em＝nBSω

解得：ω＝＝ rad/s≈2.55 rad/s.

 (3)发电机产生的电能为Q＝IEt，t＝100T＝100

解得：Q≈5.3×102 J.

答案：(1)见解析 (2)2.55 rad/s (3)5.3×102 J

gentile考查法拉第电磁感应定律，产生感应电动势的那一部分导体相当于电源，转化为恒定电路问题进行求解