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14.如图,线圈的面积是0.05m2,共100匝,线圈电阻为1Ω,外接电阻R=9Ω,匀强磁场的磁感强度为B=$\frac{{\sqrt{2}}}{π}$T,当线圈以300r/min的转速匀速旋转时,求:
(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式.
(2)线圈转了$\frac{1}{20}$s时电动势的瞬时值多大?
(3)电路中电压表、电流表的示数各是多少?

分析 (1)从线圈处于中性面开始计时,线圈中感应电动势的瞬时值表达式e=Emsinωt,由Em=NBSω求出Em
(2)将t=$\frac{1}{20}$s代入e=Emsinωt求解.
(3)交流电压表和电流表测量的是有效值,根据欧姆定律和有效值与最大值的关系求解.

解答 解:(1)角速度:
ω=2πn=2π×5=10πrad/s
从中性面开始计时瞬时值表达式为:
e=Emsin(ωt)=NBSωsin(ωt)=100×$\frac{\sqrt{2}}{π}$×0.05×10πsin(10πt)=50$\sqrt{2}$sin(10πt)V
(2)线圈转了$\frac{1}{20}$s时电动势的瞬时值:
e=50$\sqrt{2}$sin(10π×$\frac{1}{20}$)V=50$\sqrt{2}$V
(3)电动势的有效值为:
E=$\frac{{E}_{m}}{\sqrt{2}}$=$\frac{50\sqrt{2}}{\sqrt{2}}$V=50V
故电流:I=$\frac{E}{R+r}=\frac{50}{9+1}=5A$
电压表读数:U=IR=5×9V=45V
答:(1)若从线圈处于中性面开始计时,写出线圈中感应电动势的瞬时值表达式为e=50$\sqrt{2}$sin(10πt)V;
(2)线圈转了$\frac{1}{20}$s时电动势的瞬时值为50$\sqrt{2}$(V);
(3)电路中电压表、电流表的示数分别为45V、5A.

点评 本题考查对交流发电机原理的理解能力.对于交流电表,显示的是交流电的有效值.瞬时值表达式要注意计时起点,不同的计时起点表达式的初相位不同.

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