Question

【題目】某研究性學習小組進行地磁發(fā)電實驗，匝數(shù)為n、面積為S的矩形金屬線框可繞東西方向的水平軸轉(zhuǎn)動，金屬線框與微電流傳感器組成一個回路，回路的總電阻為R。使線框繞軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動，數(shù)字實驗系統(tǒng)實時顯示回路中的電流隨時間t變化的關(guān)系如圖所示。當線圈平面和豎直方向的夾角為時，電流達到最大值。求：

(1)該處地磁場的磁感應(yīng)強度大小B及地磁場方向與水平面間的夾角a；

(2)線框轉(zhuǎn)動一周時間內(nèi)回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q；

(3)線框轉(zhuǎn)動時穿過線框的磁通量變化率的最大值（)；線框從磁通量變化率最大位置開始轉(zhuǎn)過60°的過程中，通過導(dǎo)線的電荷量q。

Answer 1

【答案】（1） ；地磁場方向與水平面夾角 ；（2） （3）

【解析】（1）根據(jù)歐姆定律：

交流電的最大值表達式為：

則：

線圈平面與磁場方向平行時，感應(yīng)電流最大，所以地磁場方向與水平面夾角。

（2）根據(jù)焦耳定律：

聯(lián)立得：

（3）根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：

根據(jù)： ， ， ， ，

聯(lián)立得線框從磁通量變化率最大位置開始轉(zhuǎn)過60°的過程中，通過導(dǎo)線的電荷量：