Question

（9分）圖甲是交流發(fā)電機(jī)模型示意圖。在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，有一矩形線圈abcd可繞線圈平面內(nèi)垂直于磁感線的軸OO'轉(zhuǎn)動(dòng)。由線圈引出的導(dǎo)線ae和df分別與兩個(gè)跟線圈一起繞OO'轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬圓環(huán)相連接，金屬圓環(huán)又分別與兩個(gè)固定的電刷保持滑動(dòng)接觸，這樣矩形線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)中就可以保持和外電路電阻R形成閉合電路. 圖乙是線圈的主視圖，導(dǎo)線ab和cd分別用它們的橫截面來表示。已知ab長度為L₁，bc長度為L₂，線圈以恒定角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。（只考慮單匝線圈）

（1）線圈平面處于中性面位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，試推導(dǎo)t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e₁的表達(dá)式；
（2）線圈平面處于與中性面成夾角位置時(shí)開始計(jì)時(shí)，如圖丙所示，試寫出t時(shí)刻整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢e₂的表達(dá)式；
（3）若線圈電阻為r，求線圈每轉(zhuǎn)動(dòng)一周電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。（其他電阻均不計(jì)）

Answer 1

（1）e₁=2E₁=BL₁L₂sint；（2）e₂=BL₁L₂sin（t+₀）；（3）。

解析試題分析：（1）矩形線圈abcd轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，只有ab和cd切割磁感線，
設(shè)ab和cd的轉(zhuǎn)動(dòng)速率為v，則                            ①
在t時(shí)刻，導(dǎo)線ab和cd因切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢均為E₁=BL₁v_y  ②
由圖可知v_y=vsint        ③
則整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢為e₁=2E₁=BL₁L₂sint。   ④

（2）當(dāng)線圈由圖丙位置開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，在t時(shí)刻整個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢為e₂=BL₁L₂sin（t+₀）。 ⑤
（3）由閉合電路歐姆定律可知     ⑥          ⑦
則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周在R上產(chǎn)生的焦耳熱為Q_R=I²RT   ⑧     其中   ⑨
于是。  ⑩
考點(diǎn)：法拉第電磁感應(yīng)定律，焦耳定律。