题目内容

【题目】如图甲所示是某同学设计的一种振动发电装置的示意图,它的结构是一个套在辐向形永久磁铁槽中的半径为r=0.1 m、匝数n=100 的线圈,磁场的磁感线均沿半径方向均匀分布(其右视图如图乙所示)。线圈所在位置磁感应强度B的大小均为B=T,线圈的电阻为R1=0.5 Ω,它的引出线接有R2=9.5 Ω的小电珠L。外力推动线圈框架的P端,使线圈沿轴线做往复运动,便有电流通过电珠。当线圈运动速度v随时间t变化的规律如图丙所示时(摩擦等损耗不计),从t=0时刻开始计时。

(1)写出线圈中产生的感应电动势的瞬时值表达式以及电压表中的示数;

(2)通电40 s小电珠L消耗的电能;

(3)t=0.1 s时外力F的大小。

【答案】(1)e=40sin 5πt(V) 38 V (2)6080J (3)160 N

【解析】

(1)由题图丙可得:vm=2 m/s,T=0.4 s

电动势最大值

Em=nBLvm=nB·2πr·vm=40V

线圈转动的角速度

ω==5πrad/s

电动势的瞬时值表达式:

e=40sin5πt(V)

电动势的有效值

E==V=40V

电流的有效值

I==A=4A

电压表的示数

U=IR2=4×9.5V=38V

(2)根据焦耳定律可得:

Q=I2R2t=42×9.5×40J=6 080J

(3)t=0.1 s时e=Em=40 V

电流强度

i=Im==A=4A

此时线圈的速度最大而加速度为零,则:

F=FA=nBIm·2πr=100××4×2π×0.1N=160N

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