Question

12．如图是交流发电机的示意图．为了清楚，老师只画出了一匝线圈（实际共有N匝）．线圈AB边（长l₁）连在金属环K上，CD边（长也为l₁）连在滑环L上；导体做的两个电刷E、F分别压在两个滑环上，线圈在转动时可以通过滑环和电刷保持与外电路的连接．假定线圈沿逆时针方向以角速度ω匀速转动，如图甲至丁．则：

（1）线圈转到图中的乙、丁位置时，线圈中电流最大；转到图中的甲、丙位置时，线圈中电流改变方向．（填：甲、乙、丙、丁）
（2）线圈由丙转到丁的过程中，AB边中电流的方向A→B；（填：A→B或B→A）
（3）当AD边和BC边长均为l₂，磁场可视为磁感应强度B的匀强磁场，则线圈中感应电动势的峰值E_m=NBl₁l₂ω₀；若整个电路总电阻设为R，以甲图位置计时t=0，则线圈中电流随时间变化的规律为i=$\frac{NB{l}_{1}{l}_{2}{ω}_{0}}{R}$sinω₀t．

Answer 1

分析 要解决此题，需要掌握发电机的制作原理，知道发电机是根据电磁感应原理制成的，感应电流的方向与磁场方向和切割磁感线的方向有关．

解答 解：（1）乙与丁图中，ab和cd边运动方向与磁感线方向垂直，切割磁感线，产生电流最大，在中性面位置，电流方向发生变化，故在甲和丙图中电流方向发生变化；
（2）当线圈由丙转到丁的过程中，过线圈的磁通量变小，根据楞次定律，可知产生的感应磁场的方向与原磁场方向相同，AB边中电流的方向A到B；
（3）以丙图位置计时t=0，即从中性面开始计时，则线圈产生感应电动势的最大值为E_m=NBl₁l₂ω₀，瞬时表达式e=NBl₁l₂ω₀sinω₀t．
所以线圈中电流随时间变化的规律为i=$\frac{NB{l}_{1}{l}_{2}{ω}_{0}}{R}$sinω₀t．
故答案为：（1）乙、丁；甲，丙；
（2）A→B；
（3）NBl₁l₂ω₀，i=$\frac{NB{l}_{1}{l}_{2}{ω}_{0}}{R}$sinω₀t．

点评 此题主要考查了发电机的工作原理．要知道发电机是根据电磁感应原理制成的．感应电流的方向与导体切割磁感线的方向有关，能够通过线圈的转动情况，判断线圈中产生的感应电流放向的变化