Question

（9分）图甲是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO'转动。由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO'转动的金属圆环相连接，金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触，这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路. 图乙是线圈的主视图，导线ab和cd分别用它们的横截面来表示。已知ab长度为L₁，bc长度为L₂，线圈以恒定角速度逆时针转动。（只考虑单匝线圈）

（1）线圈平面处于中性面位置时开始计时，试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e₁的表达式；
（2）线圈平面处于与中性面成夹角位置时开始计时，如图丙所示，试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e₂的表达式；
（3）若线圈电阻为r，求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热。（其他电阻均不计）

Answer 1

（1）e₁=2E₁=BL₁L₂sint；（2）e₂=BL₁L₂sin（t+₀）；（3）。

解析试题分析：（1）矩形线圈abcd转动过程中，只有ab和cd切割磁感线，
设ab和cd的转动速率为v，则                            ①
在t时刻，导线ab和cd因切割磁感线而产生的感应电动势均为E₁=BL₁v_y  ②
由图可知v_y=vsint        ③
则整个线圈的感应电动势为e₁=2E₁=BL₁L₂sint。   ④

（2）当线圈由图丙位置开始运动时，在t时刻整个线圈的感应电动势为e₂=BL₁L₂sin（t+₀）。 ⑤
（3）由闭合电路欧姆定律可知     ⑥          ⑦
则线圈转动一周在R上产生的焦耳热为Q_R=I²RT   ⑧     其中   ⑨
于是。  ⑩
考点：法拉第电磁感应定律，焦耳定律。