题目内容

5.如图所示,矩形线圈ABCD绕垂直于磁场的轴OO′匀速转动,矩形线圈通过滑环与理想变压器相连,触头P可移动,电表均为理想交流电表.已知:矩形线圈面积为0.01m2,内阻为5Ω,匝数为125匝,转动的角速度为100rad/s,匀强磁场的磁感应强度为$\sqrt{2}$T,副线圈所接电阻R=30Ω.当线圈平面与磁场方向平行时开始计时,下列说法正确的是(  )
A.线圈中感应电动势的表达式为e=125$\sqrt{2}$cos(100t)V
B.P上移电流表读数不变
C.当原副线圈匝数比为2:1时,电流表示数为$\sqrt{2}$A
D.当原副线圈匝数比为2:1时,电阻R上消耗的功率为120W

分析 根据线圈中感应电动势Em=BSω,结合开始计时位置,即可确定瞬时表达式,再由电压与匝数成正比,电流与匝数成反比,变压器的输入功率和输出功率相等,并知道电表是交流电的有效值,逐项分析即可得出结论.

解答 解:A、矩形闭合导线框ABCD在磁场中转动,产生的交流电的最大值为:
Em=nBsω=125×$\sqrt{2}$×0.01×100=125$\sqrt{2}$V,线圈中感应电动势的表达式为e=125$\sqrt{2}$cos(100t)V,故A正确;
B、P上移时,原线圈的匝数减小,则导致副线圈电压增大,那么副线圈电流也增大,则原线圈的电流会增大,故B错误;
C、由于最大值为有效值的$\sqrt{2}$倍,所以交流电的有效值为U=125V,当原、副线圈匝数比为2:1时,副线圈上的电压:${U}_{2}=\frac{{n}_{2}}{{n}_{1}}•{U}_{1}=\frac{1}{2}×125=62.5$V,副线圈中的电流:${I}_{2}=\frac{{U}_{2}}{R}=\frac{62.5}{30}=2.08$A,则原线圈中的电流:${I}_{1}=\frac{{n}_{2}}{{n}_{1}}•{I}_{2}=\frac{1}{2}×2.08=1.04$A.故C错误;
D、电阻上消耗的功率为P=$\frac{{U}_{2}^{2}}{R}=\frac{62.{5}^{2}}{30}=130$W,故D错误;
故选:A.

点评 掌握住理想变压器的电压、电流及功率之间的关系,掌握感应电动势最大值的求法,理解有效值与最大值的关系.

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