Question

如圖（甲）所示，長，寬分別為l和L的矩形線框aa′可繞中心軸O₁O₂轉(zhuǎn)動，通過電刷C、D跟外電路連接．線框位于如圖（乙）所示的區(qū)域性輻向磁場中，磁場區(qū)域的中心張角為45°，不論線框轉(zhuǎn)到磁場中的什么位置，磁場的方向總是沿著線框平面，磁場中長為l的線框邊所在處的磁感應(yīng)強度大小恒為B，設(shè)線框aa’的電阻為r，以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動，電阻R=2r．



（1）求線框aa′轉(zhuǎn)到圖（乙）位置時感應(yīng)電動勢的大小；
（2）從線框aa′進入磁場開始計時，作出0～T（T是線框轉(zhuǎn)動周期）時間內(nèi)通過R的電流i_R隨時間變化的圖象；
（3）求R上的發(fā)熱功率．

Answer 1

（1）由題，線框轉(zhuǎn)到磁場中的任何位置時，磁場的方向總是沿著線框平面，則線框切線感線的速度方向始終與磁感線垂直，則感應(yīng)電動勢的大小E=2Blv=2Blω

L

2

=BlLω．


（2）線框aa′進入磁場，線框中感應(yīng)電流為I=

E

R+r

=

BlLω

3r

．作出電流的圖象如圖．
（3）設(shè)該電流的有效值為I_有，根據(jù)有效值的定義得
   

I

2有

RT=2I2R?

T

8

解得，I_有=

BlLω

6r

故R上的發(fā)熱功率為P=

I

2有

R=

B2l2L2ω2

12r

．
答：
（1）線框aa′轉(zhuǎn)到圖（乙）位置時感應(yīng)電動勢的大小為

BlLω

3r

；
（2）從線框aa′進入磁場開始計時，作出0～T（T是線框轉(zhuǎn)動周期）時間內(nèi)通過R的電流i_R隨時間變化的圖象如圖所示；
（3）R上的發(fā)熱功率是

B2l2L2ω2

12r

．