Question

有人為汽車設(shè)計的一個“再生能源裝置”原理簡圖如圖1所示，當(dāng)汽車減速時，線圈受到磁場的阻尼作用幫助汽車減速，同時產(chǎn)生電能儲存?zhèn)溆茫畧D1中，線圈的匝數(shù)為n，ab長度為L₁，bc長度為L₂．圖2是此裝置的側(cè)視圖，切割處磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒為B，有理想邊界的兩個扇形磁場區(qū)夾角都是90．某次測試時，外力使線圈以角速度ω逆時針勻速轉(zhuǎn)動，電刷M端和N端接電流傳感器，電流傳感器記錄的i-t圖象如圖3所示（I為已知量），取ab邊剛開始進(jìn)入左側(cè)的扇形磁場時刻t=0．不計線圈轉(zhuǎn)動軸處的摩擦

（1）求線圈在圖2所示位置時，產(chǎn)生電動勢E的大小，并指明電刷M和N哪個接電源正極；
（2）求閉合電路的總電阻R和外力做功的平均功率P；
（3）為了能夠獲得更多的電能，依據(jù)所學(xué)的物理知識，請你提出改進(jìn)該裝置的三條建議．

Answer 1

【答案】分析：（1）線圈有兩個邊一直在均勻輻向磁場中做切割磁感線運(yùn)動，根據(jù)切割公式求解電動勢；
（2）結(jié)合閉合電路歐姆定律求解電路總電阻，根據(jù)焦耳定律求解外力功率；
（3）增加電動勢即可增加電能的產(chǎn)生．
解答：解：（1）有兩個邊一直在均勻輻向磁場中做切割磁感線運(yùn)動，故根據(jù)切割公式，有
E=2nBL₁v
其中
解得E=nBL₁L₂ω
根據(jù)右手定則，M端是電源正極  
（2）根據(jù)歐姆定律，電流：
解得
線圈轉(zhuǎn)動一個周期時間內(nèi)，產(chǎn)生電流的時間是半周期，故外力平均功率
解得
（3）增加磁感應(yīng)強(qiáng)度；增加線圈匝數(shù)；增加磁場區(qū)域面積； 適當(dāng)增加線圈面積；變成多組線圈等                             
答：（1）線圈在圖2所示位置時，產(chǎn)生電動勢E的大小為nBL₁L₂ω，電刷M接電源正極；
（2）閉合電路的總電阻R為，外力做功的平均功率P為；
（3）為了能夠獲得更多的電能，可以增加磁感應(yīng)強(qiáng)度；增加線圈匝數(shù)；增加磁場區(qū)域面積； 適當(dāng)增加線圈面積；變成多組線圈等．
點(diǎn)評：本題關(guān)鍵是根據(jù)切割公式求解出電動勢，然后根據(jù)閉合電路歐姆定律和焦耳定律列式求解．