题目内容

【题目】图甲是交流发电机模型示意图。在磁感应强度为的匀强磁场中,有一矩形线圈可绕线圈平面内垂直于磁感线过边中点的轴转动,由线圈引出的导线af和de分别与两个跟线圈一起绕转动的金属圈环相连接,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ω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e的表达式;

(2)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。(其它电阻均不计)

【答案】(1) (2)

【解析】(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的转动速度为v,则
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=BL1vy
由图可知vy=vsinωt
则整个线圈的感应电动势为e1=2E1=BL1L2ωsinωt

(2)由闭合电路欧姆定律可知

则线圈转动一周在R上产生的焦耳热为QR=I2RT
其中
于是

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