高中物理综合题

曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图17-1-20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边中点，与ab边平行，它的一端有一半径R₀＝1.0 cm的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触.当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动.设线框由N＝800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S＝20 cm²，磁极间的磁场可视作匀强磁场，磁感应强度B＝0.010 T，自行车车轮的半径R₁＝35 cm，小齿轮的半径R₂＝4.0 cm，大齿轮的半径R₃＝10.0cm（见图17-1-21）.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＝3.2 V？（假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动）
        
图17-1-20　　　                            图17-1-21

一台发电机产生的按正弦规律变化的感应电动势的最大值为311 V，线圈在磁场中转动的角速度是100π rad/S.
（1）写出感应电动势的瞬时值表达式.
（2）若该发电机只与含电阻的负载组成闭合电路，电路中的总电阻为100Ω，试写出通过负载的电流的瞬时表达式.在时电流的瞬时值为多少？

如图17-1-19所示，正方形线圈abcd绕对称轴OO′在匀强磁场中匀速转动，转动次数n="120" min^-1.若已知ab=bc="20" cm，匝数=20，磁感应强度B="0.2" T，求：

图17-1-19
（1）转动中最大电动势位置；
（2）从图示位置转过90°过程中的平均电动势；
（3）设线圈是闭合的，总电阻R="10" Ω，线圈转动过程中受到的最大电磁力矩及位置.

如图所示，匀强磁场B=0.50 T，矩形线圈的匝数N=100，边长L_ab="0.20" m，L_bc="0.10" m，以3 000 r/min的转速匀速转动,在线圈平面通过中性面时开始计时，试求：
(1)交变电动势的瞬时值表达式；
(2)若线圈总电阻为2 Ω，线圈外接电阻为8 Ω，写出交变电流的瞬时值表达式；
(3)线圈由图示位置转过的过程中，交变电动势的平均值.

如图所示，有一闭合的正方形线圈.匝数N=100，边长为10 cm，线圈总电阻为10 Ω.线圈绕OO′轴在B="0.5" T的匀强磁场中匀速转动，每分钟转1 500转，求线圈平面从图示位置转过30°时，感应电动势的值是多少?

如图17-2-5所示，一交流发电机线圈共50匝，ab="0.2" m,bc="0.1" m，总电阻为10 Ω，在B="0.5" T的匀强磁场中从磁通量最大位置开始以100 r/s的转速匀速转动，外电路中接有R为40 Ω的电阻.当线圈转过1/4周期时，求：

图17-2-5
（1）电流表的读数；
（2）电压表的读数；
（3）这段时间内通过外电阻R的电荷量q；
（4）在外电阻R上产生的焦耳热Q.

高频焊接是一种常用的焊接方法，其焊接的原理如图所示.将半径为10 cm的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的1 000匝线圈中，然后在线圈中通以高频的交变电流，线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B的变化率为πsinωt T/s.焊缝处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的99倍.工件非焊接部分每单位长度上的电阻为R₀=10^-3π Ω·m^-1，焊接的缝宽非常小，求焊接过程中焊接处产生的热功率.(取π²=10,不计温度变化对电阻的影响).

如图所示为一交流发电机构造示意图，n匝矩形线圈abcd,已知ad=L₁,ab=L₂,匝数为n，线圈abcd以OO′轴在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动，线圈电阻为r,外电阻为R，求：

(1)转动过程中电压表的示数；
(2)线圈每转一周，外力所做的功.(不计一切摩擦)

如图所示，单匝线圈在匀强磁场中绕OO′轴从图示位置开始匀速转动，已知从图示位置转过π/6时，线圈中电动势大小为10 V，求：

(1)交变电动势的峰值；
(2)交变电动势的有效值；
(3)设线圈电阻为R="1" Ω，角速度ω="100" rad/s，线圈由图示位置转过的过程中通过导线截面的电荷量q.

电热毯、电饭锅等是人们常用的电热式家用电器,它们一般具有加热和保温功能,其工作原理大致相同.图17-2-6①为某种电热式电器的简化电路图,主要元件有电阻丝R₁、R₂和自动开关S.

图17-2-6
(1)当自动开关S闭合和断开时,用电器分别处于什么状态?
(2)用电器由照明电路供电(U="220" V),设加热时用电器的电功率为400 W,保温时用电器的电功率为40 W,则R₁和R₂分别为多大?
(3)若将图①中的自动开关S换成理想的晶体二极管D,如图17-2-6②所示,其他条件不变,求该用电器工作1小时消耗的电能.

一个矩形线圈在一匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴匀速转动，产生的交变电动势表达式为e="311sin314t" V，试求：
（1）交变电动势的最大值、有效值和频率；
（2）若矩形线圈是100匝，线圈平面面积为0.02 m²，匀强磁场的磁感应强度B是多少；
（3）当线圈平面从中性面开始转过时，电动势的瞬时值是多大.

一只氖管的起辉电压与交流电压U="50sin314t" V的有效值相等，若将此交流电接到上述氖管的两极，求氖管每次发光持续的时间Δt及1 s时间里发光的次数n.

如图17-2-10所示，一交流发电机线圈共50匝，ab="0.2" m,bc="0.1" m，总电阻为10 Ω，在B="0.5" T的匀强磁场中从磁通量最大位置开始以100 r/s的转速匀速转动，外电路中接有R为40 Ω的电阻.当线圈转过1/4周期时，求：

图17-2-10
(1)电流表的读数；
(2)电压表的读数；
(3)这段时间内通过外电阻R的电荷量q；
(4)在外电阻R上产生的焦耳热Q.

有一交变电压的变化规律为U=311Sin314t V，若将一辉光电压是220 V的氖管接上此交变电压，则在1 S内氖管发光的时间是多少？

小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动，线圈匝数n=100，穿过每匝线圈的磁通量Φ随时间按正弦规律变化，如图17-2-10所示，发电机内阻R="5.0" Ω，外电路电阻R="95" Ω已知感应电动势的最大值E_m=nωΦ_m，其中Φ_m为穿过每匝线圈磁通量的最大值，求串联在外电路中的交流电流表（内阻不计）的读数.

图17-2-10