Question

【題目】如圖甲所示是一種振動發(fā)電裝置，它的結(jié)構(gòu)由一個半徑為r=0.1m的50匝的線圈套在輻形永久磁鐵槽上組成，假設(shè)磁場的磁感線均沿半徑方向均勻分布（如圖乙）．線圈運(yùn)動區(qū)域內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小均為T，方向不變，線圈的總電阻為2Ω，它的引出線接有8Ω的電珠L，外力推動線圈的P端，使線圈做往復(fù)運(yùn)動，便有電流通過電珠，當(dāng)線圈向右的位移隨時間變化的規(guī)律如圖丙所示時（x取向右為正）．

（1）畫出通過電珠L的電流圖象（規(guī)定從L→b為正方向）；

（2）在0.1s～0.15s內(nèi)推動線圈運(yùn)動過程中的作用力；

（3）求該發(fā)電機(jī)的輸出功率（其他損耗不計(jì)）．

Answer 1

【答案】（1）感應(yīng)電流隨時間變化的圖象如圖所示．

（2）在0.1s～0.15s內(nèi)推動線圈運(yùn)動過程中的作用力為0.8N；

（3）求該發(fā)電機(jī)的輸出功率為0.64W

【解析】

試題分析：（1）從圖象可以看出，線圈來回做勻速運(yùn)動，求出速度，即可求出感應(yīng)電動勢．電動勢大小一定，所以電流的大小一定，根據(jù)右手定則，判斷出電流的方向．

（2）推動線圈的過程中，因?yàn)槭莿蛩伲�所以推力等于安培力�?/span>

（3）根據(jù)能量守恒定律，發(fā)電機(jī)的輸出功率等于燈泡的功率．

解：（1）從圖中可以看出，線圈往返的每次運(yùn)動都是勻速直線運(yùn)動，速度為：v1===1m/s，v2===2m/s，

線圈做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢：E1=n2πrBv1=50×2π×0.1××1=2V，

E1=n2πrBv2=50×2π×0.1××2=4V，

感應(yīng)電流：I1===0.2A，I2===0.4A，

根據(jù)右手定則可得，當(dāng)線圈沿x正方向運(yùn)動時，感應(yīng)電流方向?yàn)椋?/span>

L→a，線圈返回時電流方向?yàn)長→b，圖象如圖所示．

（2）線圈每次運(yùn)動都是勻速直線運(yùn)動，每次運(yùn)動過程中推力必須等于安培力，由平衡條件得，0.1s～0.15s內(nèi)推動線圈運(yùn)動過程中的作用力：

F推=F安=nBIL=nBI（2πr）=50××0.4×2π×0.1=0.8N．

（3）電流的有效值：I2R×0.15=0.22R×0.1+0.42R×0.05，

解得：I=0.2A，

發(fā)電機(jī)的輸出功率即燈的電功率：P=I2R=（0.2）2×8=0.64W

答：（1）感應(yīng)電流隨時間變化的圖象如圖所示．

（2）在0.1s～0.15s內(nèi)推動線圈運(yùn)動過程中的作用力為0.8N；

（3）求該發(fā)電機(jī)的輸出功率為0.64W．