2017-2018高中物理 第二章 交變電流 第一節(jié) 認(rèn)識交變電流 第二節(jié) 交變電流的描述學(xué)案 粵教版選修3-2
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1、 第一節(jié) 認(rèn)識交變電流 第二節(jié) 交變電流的描述 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.會觀察電流(或電壓)的波形圖,理解交變電流和正弦式交變電流的概念.2.理解交變電流的產(chǎn)生過程,會分析電動勢和電流方向的變化規(guī)律.3.知道交變電流的變化規(guī)律及表示方法,知道交變電流的瞬時(shí)值、峰值的物理含義. 一、交變電流的產(chǎn)生 [導(dǎo)學(xué)探究] 假定線圈繞OO′軸沿逆時(shí)針方向勻速轉(zhuǎn)動,如圖1甲至丁所示.請分析判斷: 圖1 (1)線圈轉(zhuǎn)動一周的過程中,線圈中的電流方向的變化情況. (2)線圈轉(zhuǎn)動過程中,當(dāng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流有最大值和最小值時(shí)線圈分別在什么位置? 答案 (1) 轉(zhuǎn)動過程 電流方向 甲→乙 B
2、→A→D→C 乙→丙 B→A→D→C 丙→丁 A→B→C→D 丁→甲 A→B→C→D (2)線圈轉(zhuǎn)到乙或丁位置時(shí)線圈中的電流最大.線圈轉(zhuǎn)到甲或丙位置時(shí)線圈中電流最小,為零,此時(shí)線圈所處的平面稱為中性面. [知識梳理] 正弦式交變電流的產(chǎn)生條件及中性面的特點(diǎn): (1)正弦式交變電流的產(chǎn)生條件:將閉合矩形線圈置于勻強(qiáng)磁場中,并繞垂直磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動. (2)中性面:線圈平面與磁感線垂直時(shí)的位置. ①線圈處于中性面位置時(shí),穿過線圈的Φ最大,但線圈中的電流為零. ②線圈每次經(jīng)過中性面時(shí),線圈中感應(yīng)電流的方向都要改變.線圈轉(zhuǎn)動一周,感應(yīng)電流的方向改變兩次. [即學(xué)即用] 判
3、斷下列說法的正誤. (1)只要線圈在磁場中轉(zhuǎn)動,就可以產(chǎn)生交變電流.( ) (2)線圈在通過中性面時(shí)磁通量最大,電流也最大.( ) (3)線圈在通過垂直中性面的平面時(shí)電流最大,但磁通量為零.( ) (4)線圈在通過中性面時(shí)電流的方向發(fā)生改變.( ) 答案 (1)× (2)× (3)√ (4)√ 二、用函數(shù)表達(dá)式描述交變電流 [導(dǎo)學(xué)探究] 如圖2是圖1中線圈ABCD在磁場中繞軸OO′轉(zhuǎn)動時(shí)的截面圖.線圈平面從中性面開始轉(zhuǎn)動,角速度為ω.經(jīng)過時(shí)間t,線圈轉(zhuǎn)過的角度是ωt,AB邊的線速度v的方向跟磁感線方向間的夾角也等于ωt.設(shè)AB邊長為L1,BC邊長為L2,線圈面積S=L1L
4、2,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則: 圖2 (1)甲、乙、丙中AB邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢各為多大? (2)甲、乙、丙中整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢各為多大? (3)若線圈有n匝,則甲、乙、丙中整個(gè)線圈的感應(yīng)電動勢各為多大? 答案 (1)甲:eAB=0 乙:eAB=BL1vsinωt=BL1·sinωt =BL1L2ωsinωt=BSω·sinωt 丙:eAB=BL1v=BL1·=BL1L2ω=BSω (2)整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢由AB和CD兩部分組成,且eAB=eCD,所以 甲:e=0 乙:e=eAB+eCD=BSω·sinωt 丙:e=BSω (3)若線圈有n匝,則相當(dāng)于n個(gè)完全相同
5、的電源串聯(lián),所以 甲:e=0 乙:e=nBSωsinωt 丙:e=nBSω [知識梳理] 交變電流的瞬時(shí)值、峰值表達(dá)式 (1)正弦式交變電流電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式: ①當(dāng)從中性面開始計(jì)時(shí):e=Emsin_ωt. ②當(dāng)從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí):e=Emcos_ωt. (2)正弦式交變電流電動勢的峰值表達(dá)式: Em=nBSω 與線圈的形狀無關(guān),與轉(zhuǎn)動軸的位置無關(guān).(填“有關(guān)”或“無關(guān)”) [即學(xué)即用] 有一個(gè)正方形線圈的匝數(shù)為10匝,邊長為20cm,線圈總電阻為1Ω,線圈繞OO′軸以10πrad/s的角速度勻速轉(zhuǎn)動,如圖3所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5T,該線圈產(chǎn)生的交
6、變電流電動勢的峰值為________,電流的峰值為________,若從中性面位置開始計(jì)時(shí),感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為________. 圖3 答案 6.28V 6.28A e=6.28sin10πtV 解析 電動勢的峰值為 Em=nBSω=10×0.5×0.22×10πV=6.28V 電流的峰值為Im==6.28A 感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式為 e=Emsinωt=6.28sin10πtV. 三、用圖象描述交變電流 [導(dǎo)學(xué)探究] 由正弦式電流的電動勢e=Emsinωt,電流i=Imsinωt和電壓u=Umsinωt分別畫出e-t、i-t、u-t圖象. 答案
7、[知識梳理] 從正弦式交變電流的圖象可以解讀到以下信息: (1)交變電流的周期T、峰值Im或者Em. (2)因線圈在中性面時(shí)感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流均為零,磁通量最大,所以可確定線圈位于中性面的時(shí)刻;也可根據(jù)電流或者電壓峰值找出線圈平行磁感線的時(shí)刻. (3)判斷線圈中磁通量Φ最小、最大的時(shí)刻及磁通量變化率最大、最小的時(shí)刻. (4)分析判斷i、e大小和方向隨時(shí)間的變化規(guī)律. [即學(xué)即用] 判斷下列說法的正誤. (1)當(dāng)線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直磁場的軸做勻速圓周運(yùn)動,線圈中的電流就是正(或余)弦式電流.( ) (2)正弦式交流電在一個(gè)周期里,電流有一個(gè)最大值,一個(gè)最小值.( ) (3
8、)若某一閉合線圈中產(chǎn)生正弦式交流電,當(dāng)電動勢達(dá)到最大值時(shí),線圈中的電流不一定達(dá)到最大值.( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× 一、交變電流的產(chǎn)生 例1 (多選)矩形線框繞垂直于勻強(qiáng)磁場且在線框平面內(nèi)的軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生了交變電流,下列說法正確的是 ( ) A.當(dāng)線框位于中性面時(shí),線框中感應(yīng)電動勢最大 B.當(dāng)穿過線框的磁通量為零時(shí),線框中的感應(yīng)電動勢也為零 C.每當(dāng)線框經(jīng)過中性面時(shí),感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向就改變一次 D.線框經(jīng)過中性面時(shí),各邊切割磁感線的速度為零 答案 CD 解析 線框位于中性面時(shí),線框平面與磁感線垂直,穿過線框的磁通量最大,但此時(shí)切割磁感線的兩
9、邊的速度與磁感線平行,即不切割磁感線,所以感應(yīng)電動勢等于零,此時(shí)穿過線框的磁通量的變化率也等于零,感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的方向也就在此時(shí)刻發(fā)生變化.線框垂直于中性面時(shí),穿過線框的磁通量為零,但切割磁感線的兩邊都垂直切割,有效切割速度最大,所以感應(yīng)電動勢最大,也可以說此時(shí)穿過線框的磁通量的變化率最大,故C、D選項(xiàng)正確. 搞清兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn): (1)線圈平面與磁場垂直時(shí):e為0,i為0,Φ為最大,為0. (2)線圈平面與磁場平行時(shí):e為最大,i為最大,Φ為0,為最大. 二、交變電流的變化規(guī)律 1.峰值表達(dá)式 Em=NBSω,Im==,Um=ImR= 2.正弦交變電流的瞬時(shí)值
10、表達(dá)式 (1)從中性面位置開始計(jì)時(shí) e=Emsinωt,i=Imsinωt,U=Umsinωt (2)從與中性面垂直的位置開始計(jì)時(shí) e=Emcosωt,i=Imcosωt,U=Umcosωt. 例2 一矩形線圈,面積是0.05m2,共100匝,線圈電阻r=2Ω,外接電阻R=8Ω,線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度B=T的勻強(qiáng)磁場中以n=300r/min的轉(zhuǎn)速繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動,如圖4所示,若從中性面開始計(jì)時(shí),求:(π取3.14) 圖4 (1)線圈中感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式; (2)從開始計(jì)時(shí)經(jīng)s時(shí)線圈中的感應(yīng)電流的瞬時(shí)值; (3)外電路R兩端電壓瞬時(shí)值的表達(dá)式. 答案 (1)e=
11、50sin10πtV (2)A (3)u=40sin10πtV 解析 (1)線圈轉(zhuǎn)速n=300r/min=5 r/s, 角速度ω=2πn=10πrad/s, 線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值Em=NBSω=50V, 由此得到的感應(yīng)電動勢瞬時(shí)值表達(dá)式為 e=Emsinωt=50sin10πtV. (2)將t=s代入感應(yīng)電動勢瞬時(shí)值表達(dá)式中, 得e′=50sin (10π×) V=25V, 對應(yīng)的感應(yīng)電流i′==A. (3)由歐姆定律得u=R=40sin10πtV. 1.求交變電流瞬時(shí)值的方法 (1)確定線圈轉(zhuǎn)動從哪個(gè)位置開始計(jì)時(shí); (2)確定表達(dá)式是正弦函數(shù)還是余弦函數(shù);
12、 (3)確定轉(zhuǎn)動的角速度ω=2πn(n的單位為r/s)、峰值Em=NBSω; (4)寫出表達(dá)式,代入角速度求瞬時(shí)值. 2.線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生正弦式交變電流,產(chǎn)生的交變電流與線圈的形狀無關(guān).如圖5所示,若線圈的面積與例2中題圖所示線圈面積相同,則答案完全相同. 圖5 三、交變電流的圖象 例3 處在勻強(qiáng)磁場中的矩形線圈abcd以恒定的角速度繞ab邊轉(zhuǎn)動,磁場方向平行于紙面并與ab邊垂直.在t=0時(shí)刻,線圈平面與紙面重合,如圖6所示,線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動.若規(guī)定沿a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正,則圖中能反映線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖象是( ) 圖
13、6 答案 C 解析 線圈在磁場中從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動時(shí)可以產(chǎn)生按余弦規(guī)律變化的交流電.對于圖示起始時(shí)刻,線圈的cd邊離開紙面向外運(yùn)動,速度方向和磁場方向垂直,產(chǎn)生的電動勢的瞬時(shí)值最大;用右手定則判斷出電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向,與規(guī)定的正方向相同,所以C對. 1.從中性面開始計(jì)時(shí)是正弦曲線,從垂直中性面開始計(jì)時(shí)是余弦曲線. 2.由楞次定律或右手定則判斷感應(yīng)電流的方向. 1.(多選)如圖所示的圖象中屬于交變電流的有( ) 答案 ABC 解析 選項(xiàng)A、B、C中e的方向均發(fā)生了變化,故它們屬于交變電流,但不是正弦式交變電流;選項(xiàng)D中e的方向未變化,故是直流. 2
14、.(多選)下列各圖中,線圈中能產(chǎn)生交變電流的有( ) 答案 BCD 3.(多選)如圖7甲所示,一矩形閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸OO′以恒定的角速度ω轉(zhuǎn)動.從線圈平面與磁場方向平行時(shí)開始計(jì)時(shí),線圈中產(chǎn)生的交變電流按照如圖乙所示的余弦規(guī)律變化,則在t=時(shí)刻 ( ) 圖7 A.線圈中的電流最大 B.穿過線圈的磁通量為零 C.線圈所受的安培力為零 D.線圈中的電流為零 答案 CD 解析 線圈轉(zhuǎn)動的角速度為ω,則轉(zhuǎn)過一圈用時(shí),當(dāng)t=時(shí)說明轉(zhuǎn)過了圈,此時(shí)線圈位于中性面位置,所以穿過線圈的磁通量最大,B錯(cuò)誤,由于此時(shí)感應(yīng)電動勢為零,所以線圈中電流為零,線圈所受
15、的安培力為零,A錯(cuò)誤,C、D正確. 4.如圖8所示,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=T,邊長L=10cm的正方形線圈abcd共100匝,線圈電阻r=1Ω,線圈繞垂直于磁感線的軸OO′勻速轉(zhuǎn)動,角速度ω=2πrad/s,外電路電阻R=4Ω.求: 圖8 (1)轉(zhuǎn)動過程中線圈中感應(yīng)電動勢的最大值. (2)由圖示位置(線圈平面與磁感線平行)轉(zhuǎn)過30°角的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢. 答案 (1)2V (2)V 解析 (1)設(shè)轉(zhuǎn)動過程中感應(yīng)電動勢的最大值為Em,則Em=NBL2ω=100××0.01×2πV=2V. (2)設(shè)由圖示位置轉(zhuǎn)過30°角的過程中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動勢為,則 =N,Δt
16、=,ΔΦ=BL2sin30°, 代入數(shù)據(jù)解得=V. 一、選擇題(1~7題為單選題,8~9題為多選題) 1.關(guān)于線圈在勻強(qiáng)磁場中繞軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電流,以下說法中正確的是( ) A.線圈平面每經(jīng)過中性面一次,感應(yīng)電流的方向就改變一次,感應(yīng)電動勢的方向不變 B.線圈每轉(zhuǎn)動一周,感應(yīng)電流的方向就改變一次 C.線圈平面每經(jīng)過中性面一次,感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向都要改變一次 D.線圈轉(zhuǎn)動一周,感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的方向都要改變一次 答案 C 解析 根據(jù)交流電的變化規(guī)律可得,如果從中性面開始計(jì)時(shí)有e=Emsinωt和i=Imsinωt;如果從垂直于中性面的位置開始計(jì)時(shí)有e=E
17、mcosωt和i=Imcosωt,不難看出:線圈平面每經(jīng)過中性面一次,感應(yīng)電流的方向就改變一次,感應(yīng)電動勢的方向也改變一次;線圈每轉(zhuǎn)動一周,感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢的方向都改變兩次,故C正確. 2.如圖1所示,一矩形線圈繞與勻強(qiáng)磁場垂直的中心軸OO′沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動,引出線的兩端分別與相互絕緣的兩個(gè)半圓形銅環(huán)M和N相連.M和N又通過固定的電刷P和Q與電阻R相連.在線圈轉(zhuǎn)動過程中,通過電阻R的電流 ( ) 圖1 A.大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化 B.大小和方向都不隨時(shí)間做周期性變化 C.大小不斷變化,方向總是P→R→Q D.大小不斷變化,方向總是Q→R→P 答案 C 解析
18、 半圓環(huán)交替接觸電刷,從而使輸出電流方向不變,這是一個(gè)直流發(fā)電機(jī)模型,由右手定則知,外電路中電流方向是P→R→Q. 3.一個(gè)矩形線圈,在勻強(qiáng)磁場中繞一個(gè)固定軸勻速轉(zhuǎn)動,當(dāng)線圈處于如圖2所示位置時(shí),它的( ) 圖2 A.磁通量最大,磁通量變化率最大,感應(yīng)電動勢最大 B.磁通量最小,磁通量變化率最大,感應(yīng)電動勢最大 C.磁通量最大,磁通量變化率最小,感應(yīng)電動勢最小 D.磁通量最小,磁通量變化率最小,感應(yīng)電動勢最小 答案 B 解析 線圈處于題圖所示位置時(shí),它與磁感線平行,磁通量為零,磁通量變化率最大,感應(yīng)電動勢最大,選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤,B正確. 4.交流發(fā)電機(jī)工作時(shí)電動勢為e
19、=Emsinωt,若將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高一倍,同時(shí)將電樞所圍面積減小一半,其他條件不變,則其電動勢變?yōu)? ) A.e′=Emsin B.e′=2Emsin C.e′=Emsin2ωt D.e′=sin2ωt 答案 C 解析 感應(yīng)電動勢的瞬時(shí)值表達(dá)式e=Emsinωt,而Em=nBωS,當(dāng)ω加倍而S減半時(shí),Em不變,故正確答案為C. 5.如圖3所示是一臺發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,其中N、S是永久磁鐵的兩個(gè)磁極,它們的表面呈半圓柱面形狀.M是圓柱形鐵芯,它與磁極的柱面共軸,鐵芯上有一矩形線框,可繞與鐵芯M共軸的固定轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn).磁極與鐵芯之間的縫隙中形成方向沿半徑、大小近似均勻的磁場.若
20、從圖示位置開始計(jì)時(shí),當(dāng)線框繞固定轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí),下列圖象中能正確反映線框中感應(yīng)電動勢e隨時(shí)間t變化規(guī)律的是( ) 圖3 答案 D 解析 因發(fā)電機(jī)的兩個(gè)磁極N、S呈半圓柱面形狀,磁極間的磁感線如圖所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小不變,僅方向發(fā)生改變,故線框在磁場中轉(zhuǎn)動時(shí)垂直切割磁感線,產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小不變,線框越過空隙段后,由于線框切割磁感線的方向發(fā)生變化,所以感應(yīng)電動勢的方向發(fā)生變化,綜上所述,選項(xiàng)D正確. 6.一矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變電動勢為e=10sin (20πt) V,則下列說法正確的是( ) A.t=0時(shí),線圈位于中性面 B.t=0時(shí),穿過線圈
21、的磁通量為零 C.t=0時(shí),線圈切割磁感線的有效速度最大 D.t=0.4s時(shí),電動勢第一次出現(xiàn)最大值 答案 A 解析 由電動勢e=10sin (20πt) V知,計(jì)時(shí)從線圈位于中性面時(shí)開始,所以t=0時(shí),線圈位于中性面,磁通量最大,但此時(shí)線圈切割磁感線的線速度方向與磁感線平行,切割磁感線的有效速度為零,A正確,B、C錯(cuò)誤.當(dāng)t=0.4s時(shí),e=10sin (20π×0.4) V=0,D錯(cuò)誤. 7.在垂直向里的有界勻強(qiáng)磁場中放置了矩形線圈abcd.線圈cd邊沿豎直方向且與磁場的右邊界重合.線圈平面與磁場方向垂直.從t=0時(shí)刻起,線圈以恒定角速度ω=繞cd邊沿如圖4所示方向轉(zhuǎn)動,規(guī)定線圈
22、中電流沿abcda方向?yàn)檎较?,則從t=0到t=T時(shí)間內(nèi),線圈中的電流I隨時(shí)間t變化關(guān)系圖象為( ) 圖4 答案 B 解析 在0~內(nèi),線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,故產(chǎn)生正弦式交流電,由楞次定律知,電流方向?yàn)樨?fù)值;在~T,線圈中無感應(yīng)電流;在T時(shí),ab邊垂直切割磁感線,感應(yīng)電流最大,且電流方向?yàn)檎?,故只有B項(xiàng)正確. 圖5 8.矩形線圈的匝數(shù)為50匝,在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動時(shí),穿過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖5所示,下列結(jié)論正確的是( ) A.在t=0.1s和t=0.3s時(shí),電動勢最大 B.在t=0.2s和t=0.4s時(shí),電動勢改變方向 C.電動勢
23、的最大值是157V D.當(dāng)t=0.4s時(shí),磁通量變化率達(dá)到最大,其值為3.14Wb/s 答案 CD 解析 由Φ-t圖象可知Φmax=BS=0.2Wb,T=0.4s,又因?yàn)閚=50,所以Emax=nBSω=nΦmax·=157V,C正確.t=0.1s和t=0.3s時(shí),Φ最大,e=0,電動勢改變方向;t=0.2s和t=0.4s時(shí),Φ=0,e=Emax最大,故A、B錯(cuò)誤.根據(jù)線圈在磁場中轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的特點(diǎn)知,當(dāng)t=0.4s時(shí),最大,=3.14Wb/s,D正確. 9.矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動,所產(chǎn)生的交變電流的波形圖如圖6所示,下列說法中正確的是( ) 圖6 A.在t1時(shí)
24、刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值 B.在t2時(shí)刻穿過線圈的磁通量達(dá)到峰值 C.在t3時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率達(dá)到峰值 D.在t4時(shí)刻穿過線圈的磁通量的變化率達(dá)到峰值 答案 BC 解析 從題圖中可知,t1、t3時(shí)刻線圈中感應(yīng)電流達(dá)到峰值,磁通量的變化率達(dá)到峰值,而磁通量最小,線圈平面與磁感線平行;t2、t4時(shí)刻感應(yīng)電流等于零,磁通量的變化率為零,線圈處于中性面位置,磁通量達(dá)到峰值.正確答案為B、C. 二、非選擇題 10.如圖7甲所示,矩形線圈匝數(shù)N=100匝,ab=30cm,ad=20cm,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T,繞軸OO′從圖示位置開始勻速轉(zhuǎn)動,角速度ω=100πrad/
25、s,試求: 甲 乙 圖7 (1)穿過線圈的磁通量最大值Φm為多大?線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)取得此值? (2)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢最大值Em為多大?線圈轉(zhuǎn)到什么位置時(shí)取得此值? (3)寫出感應(yīng)電動勢e隨時(shí)間變化的表達(dá)式,并在圖乙中作出圖象. 答案 見解析 解析 (1)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至與磁感線垂直時(shí),磁通量有最大值 Φm=BS=0.8×0.3×0.2Wb=0.048Wb (2)線圈與磁感線平行時(shí),感應(yīng)電動勢有最大值 Em=NBSω=480πV (3)感應(yīng)電動勢的表達(dá)式e=Emcosωt=480πcos (100πt) V 圖象如圖所示. 11.一個(gè)面積為S的單匝
26、矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中以其一條邊ab為轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動,磁場方向與轉(zhuǎn)軸垂直.t=0時(shí)刻線圈位置如圖8甲所示,線圈中感應(yīng)電動勢e與時(shí)間t的關(guān)系圖象如圖乙所示.感應(yīng)電動勢的最大值和周期可以從圖中讀出.則: 圖8 (1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B多大? (2)畫出t=0時(shí)刻線圈與磁場間相對位置關(guān)系. (3)在t=時(shí),線圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角多大? 答案 (1) (2)見解析圖 (3)30° 解析 (1)由e-t圖象可直接讀得Em和T, 由Em=BSω和ω=得B=. (2)t=0時(shí)線圈中感應(yīng)電動勢為最大值,故該時(shí)刻線圈與磁場的位置關(guān)系如圖a或b所示. (3)由圖乙可知e=Emcosωt=Emcost, 當(dāng)t=時(shí),有e=Emcos=Emcos, 即線圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的夾角θ==30°. 16
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