题目内容

14.如图所示,一矩形线圈在匀强磁场中绕OO′轴匀速转动,磁场方向与转轴垂直,线圈匝数n=40匝,ab边长l1=0.5m,bc边长l2=0.4m,线圈总电阻r=1Ω.线圈转动的角速度ω=100rad/s,磁场的磁感应强度B=0.2T.线圈两端外接R=9Ω的电阻和一个理想交流电流表.求:
(1)从图示位置开始计时,闭合电路中电流随时间变化的函数表达式(以b到a的电流方向为正方向);
(2)电流表的示数;
(3)电阻R上消耗的电功率;
(4)从图示位置开始计时,在πs时间内外力所做的功.

分析 (1)线圈中产生的感应电动势的最大值表达式为Em=NBSω,写出感应电动势的瞬时表达式,再根据欧姆定律求出电流的瞬时表达式.
(2)电流表测量电流的有效值.根据E=$\frac{{E}_{m}}{\sqrt{2}}$和欧姆定律求出电流的有效值.
(3)用电器消耗的电功率P=I2R,I是电流的有效值.
(4)由能量守恒可求得在πs时间内外力所做的功.

解答 解:(1)线圈中产生的感应电动势的最大值表达式为:Em=nBSω
代入数据得:Em=40×0.2×0.5×0.4×100V=160V
由根据欧姆定律可知:${I_m}=\frac{E}{R+r}$=$\frac{160}{9+1}$=16A
则瞬时表达式i=Imsinωt=16sin100t(A)
(2)由电流表读数即为该交流电的有效值
  $I=\frac{I_m}{{\sqrt{2}}}$
解得  I=8$\sqrt{2}$A
(3))由小灯泡消耗的电功率:P=I 2R=128×9=1152W
(4)外力所做功等于内部产生的热量;
则有W=I2(R+r)t=(8$\sqrt{2}$)2×10×π=1280πJ;
答:(1)线圈中产生感应电动势的最大值为40v;
(2)电流表的读数8$\sqrt{2}$A;
(3)用电器上消耗的电功1152W
(4)从图示位置开始计时,在πs时间内外力所做的功为1280πJ.

点评 本题考查交变电流最大值、有效值的理解和应用的能力,对于交流电表的测量值、计算交流电功率、电功等都用到有效值.

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