高中物理正弦式电流的最大值和有效值、周期和频率综合题

多数同学家里都有调光台灯、调速电风扇，过去是用变压器来实现的，缺点是成本高、体积大、效率低，且不能任意调节灯的亮度或电风扇的转速。现在的调光台灯、调速电风扇是用可控硅电子元件来实现的。如图所示为经过一个双向可控硅调节后加在电灯上的电压，即在正弦交流电的每一个二分之一周期中，前面四分之一周期被截去。调节台灯上的旋钮可以控制截去的多少，从而改变电灯上的电压。那么现在电灯上的电压为多少？

如图所示，匀强磁场B="0.1" T，所用矩形线圈的匝数N=100，边长ab=" 0.2" m，bc =" 0.5" m，以角速度rad/s绕轴匀速转动。当线圈平面通过中性面时开始计时，试求：

（1）线圈产生的感应电动势的峰值；
（2）线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
（3）由至过程中的平均电动势值。

图（甲）为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴OO′匀速转动，线圈的匝数n=100、电阻 r="10" Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，电阻R="90" Ω，与R并联的交流电压表为理想电表．在t=0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量φ随时间t按图（乙）所示正弦规律变化．求：

（1）交流发电机产生的电动势最大值；
（2）电路中交流电压表的示数。

如图所示，一个边长L="10" cm，匝数N=100匝的正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴匀速转动，磁感应强度B =" 0.50" T，角速度rad/s，外电路电阻R="4." 0Ω，线圈内阻r="1." 0Ω。

（1）求线圈转动的周期和感应电动势的最大值；
（2）写出线圈由图中所示位置开始计时时，感应电动势的瞬时表达式；
（4）求交流电压表的示数。

一电压U₀="10" V的直流电通过电阻R在时间t内产生的热量与一交变电流通过R/2时在同一时间内产生的热量相同，则该交流电的有效值为多少？

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3-12甲为其结构示意图．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，如图3-12乙所示．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，磁极间的磁场可视为匀强磁场，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="10.0" cm（见图乙）．现从静止开始使大齿轮加速运动，问大齿轮的角速度为多大时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车轮之间无相对滑动）

图3-12

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100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1 000πsinωt 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=0.001πΩ·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3-11所示，单匝线圈在匀强磁场中绕OO′轴从图示的位置开始匀速转动，已知从图示位置转过π/6时，线圈中的电动势大小为6 V，求：

图3-11
（1）交变电动势的最大值、有效值；
（2）设线圈的电阻为R="1" Ω，角速度ω="100" rad/s，线圈由图示位置转过π/2的过程中通过导线截面的电荷量.

单匝矩形线框abcd如图所示，其中ab=L₁，bc=L₂，绕框电阻为r，ad间接电阻R，并串入电流表，线框以ad边为轴在磁感应强度为B的匀强磁场中匀速转动，角速度为ω，求：
(1)交流电流表A的示数；
(2)从图示位置转过90°角过程中，通过电流表的总电荷量；
(3)从图示位置转过90°角过程中，电阻R上产生的热量.

如图所示，匝数为100、边长为 0.2 m的正方形线圈，在磁感应强度为2 T的匀强磁场中，从中性面开始以10π rad/s的角速度绕OO′轴匀速转动.若线圈自身电阻为2 Ω，负载电阻R="6" Ω，π²≈10，则开始转动 s内在电阻R上产生的热量为多少焦耳？

如图3-2-18所示，矩形线框匝数n=250匝，ab="12" cm，ad="10" cm，线框置于B= T的匀强磁场中绕垂直于磁场的轴OO′以120 r/min的转速匀速转动，线框通过滑环与外电路相连，外电路接有R="12" Ω的电阻及一只发光电压和熄灭电压都为12 V的氖泡L.求：
（1）当S接e时，电流表读数为多少？R的热功率为多大？10 min内外力对线框做功多少？
（2）当S接f时，氖泡闪光频率为多大？通电10 min，氖泡发光总时间为多少？（线框电阻不计）

图3-2-18

一个在匀强磁场中绕垂直于磁感线的轴匀速转动的矩形线圈，当线圈转至中性面时开始计时.t₁="1/60" s时，线圈中的感应电动势为50 V，当t₂="1/30" s时，线圈中的感应电动势为 V.求：
(1)感应电动势的最大值；
(2)线圈转动的角速度；
(3)线圈中感应电动势的瞬时值表达式.

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.

发电机的转子是匝数为100匝，边长为20 cm的正方形线圈，将它置于磁感应强度B="0.05" T的匀强磁场中，绕着垂直于磁感线方向的轴以ω="100π" rad/s的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时，线圈和外电路的总电阻R="10" Ω.
(1)写出交流电流瞬时值的表达式；
(2)线圈从计时开始，转过的过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？

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.