曾经流行过一种向自行车车头供电的小型交流发电机,如图1为其结构示意图.图中N、S是一对固定的磁极,abcd为固定在转轴上的矩形线框,转轴过bc的中点、与ab边平
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曾经流行过一种向自行车车头供电的小型交流发电机,如图1为其结构示意图.图中N、S是一对固定的磁极,abcd为固定在转轴上的矩形线框,转轴过bc的中点、与ab边平
题型:北京
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曾经流行过一种向自行车车头供电的小型交流发电机,如图1为其结构示意图.图中N、S是一对固定的磁极,abcd为固定在转轴上的矩形线框,转轴过bc的中点、与ab边平行,它的一端有一半径r
0
=1.0cm的摩擦小轮,小轮与自行车车轮的边缘相接触,如图2所示.当车轮转动时,因摩擦而带动小轮转动,从而使线圈在磁极间转动.设线框由N=800匝导线组成,每匝线圈的面积S=20cm
2
,磁极间的磁场可视为匀强磁场,磁感强度B=0.010T,自行车车轮的半径R
1
=35cm,小齿轮的半径R
2
=4.0cm,大齿轮的半径R
3
=10.0
cm(如图2).现从静止开始使大齿轮加速转动,问大齿轮的角速度为多大才能使发电机输出电压的有效值U=3.2V?(假定摩擦小轮与自行车之间无相对滑动)
答案
当自行车车轮转动时,通过摩擦小轮使发电机的线框在匀强磁场内转动,线框中产生一正弦交流电动势,
其最大值
ε
m
=NBS
0
ω
0
①
式中ω
0
为线框转动的角速度,即摩擦轮转动的角速度.
发电机两端电压的有效值
U=
2
2
ε
m
②
设自行车车轮的角速度为ω
1
,由于自行车车轮摩擦小轮之间无相对滑动,有
R
1
ω
1
=R
0
ω
0
③
小齿轮转动的角速度与自行车转动的角速度相同,也为ω
1
.设大齿轮的角速度为ω,有
R
3
ω=rω
1
④
由以上各式得
ω=
2U
NBS
-
R
2
r
0
R
3
R
1
⑤
代入数据得
ω=3.2rad/s ⑥
举一反三
有人为汽车设计的一个“再生能源装置”原理简图如图1所示,当汽车减速时,线圈受到磁场的阻尼作用帮助汽车减速,同时产生电能储存备用.图1中,线圈的匝数为n,ab长度为L
1
,bc长度为L
2
.图2是此装置的侧视图,切割处磁场的磁感应强度大小恒为B,有理想边界的两个扇形磁场区夹角都是90
0
.某次测试时,外力使线圈以角速度ω逆时针匀速转动,电刷M端和N端接电流传感器,电流传感器记录的i-t图象如图3所示(I为已知量),取ab边刚开始进入左侧的扇形磁场时刻t=0.不计线圈转动轴处的摩擦
(1)求线圈在图2所示位置时,产生电动势E的大小,并指明电刷M和N哪个接电源正极;
(2)求闭合电路的总电阻R和外力做功的平均功率P;
(3)为了能够获得更多的电能,依据所学的物理知识,请你提出改进该装置的三条建议.
题型:门头沟区一模
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图甲是线圈绕垂直于磁场的轴在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦交流电图象,把该交流电压加在图乙中变压器的A、B两端.已知理想变压器原线圈Ⅰ和副线圈Ⅱ的匝数比为5:1,交流电流表和交流电压表均为理想电表,电阻R=1Ω,其它各处电阻不计,以下说法正确的是( )
A.在t=0.1s、0.5s时,穿过线圈的磁通量最大
B.线圈转动的角速度为10πrad/s
C.电压表的示数为2V
D.电流表的示数为0.40A
题型:烟台模拟
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如图所示为一正弦交流电的e-t图,由图可知,该交流电的频率为______Hz,交流电的方向每秒改变______次.
题型:普陀区三模
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在磁感强度为B的匀强磁场中,一个面积为S的矩形线圈匀速转动时所产生的交流电电压随时间变化的波形如图所示,则该交流电的电压有效值为______V,图中t=1.0×10
-2
s时,穿过线圈平面的磁通量为______.
题型:浦东新区模拟
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一台小型发电机产生的电动势随时间变化的图象如图甲所示.已知发电机线圈内阻为5.0Ω,如果外接一只电阻为95.0Ω的灯泡,图乙所示时刻线圈平面与匀强磁场平行,则( )
A.电压表的示数为220V
B.发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J
C.线圈在图乙所示位置时,穿过线圈的磁通量是0,磁通量的变化率也是0
D.线圈在图乙所示位置时,ab边产生的电动势大小是
220
2
V
题型:门头沟区一模
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