题目内容

6.如图所示,匝数为10的矩形线框处在磁感应强度B=$\sqrt{2}$T的匀强磁场中,绕垂直磁场的轴以恒定角速度ω=10rad/s在匀强磁场中转动,线框电阻不计,面积为0.4m2,线框通过滑环与一理想自耦变压器的原线圈相连,副线圈接有一只灯泡L(4W,100Ω)和滑动变阻器,已知图示状况下灯泡正常发光,电流表视为理想电表,则:
(1)此时电流表的示数是多少?
(2)此时原副线圈的匝数比是多少?

分析 先根据公式Um=NBSω求解输入电压的最大值,然后根据理想变压器的变压比公式和变流比公式列式求解.

解答 解:输入电压的最大值为:Um=NBSω=$10×\sqrt{2}×0.4×10V=40\sqrt{2}V$,
变压器变压器输入电压的有效值为:${U}_{1}=\frac{{U}_{m}}{\sqrt{2}}=\frac{40\sqrt{2}}{\sqrt{2}}V=40V$,
开关闭合时灯泡正常发光,所以${U}_{2}=\sqrt{PR}=\sqrt{4×100}V=20V$
此时原副线圈的匝数比为:$\frac{{n}_{1}}{{n}_{2}}=\frac{{U}_{1}}{{U}_{2}}=\frac{40}{20}=\frac{2}{1}$;
由欧姆定律得:${I}_{2}=\frac{{U}_{2}}{R}=\frac{20}{100}A=0.2A$,
根据$\frac{{I}_{1}}{{I}_{2}}=\frac{{n}_{2}}{{n}_{1}}$得:
此时电流表的示数为:${I}_{1}=\frac{{n}_{2}{I}_{2}}{{n}_{1}}=\frac{1}{2}×0.2A=0.1A$;
答:(1)此时电流表的示数是0.2A;
(2)此时原副线圈的匝数比是2:1.

点评 本题关键是记住交流发电机最大电动势表达式Um=NBSω,同时要明确输入电压决定输出电压,输出电流决定输入电流,输出功率决定输入功率.

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