如图是一手摇发电机,其原理可简化为矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的中心轴
OO'匀速转动,产生随时间变化的感应电动势。

已知矩形线圈
abcd的匝数为
N,边长
ab=
cd=
L1,
bc=
ad=
L2。线圈所在处磁感应强度为
B。线圈的角速度为
ω。当线圈转动到如图所示位置时,其平面与磁场方向平行。
(1)求线圈转动到如图位置时
ab边切割磁感线产生的感应电动势大小并判断
ab两端电势的高低;
(2)从线圈处于如图位置开始计时,
t时刻线圈转至截面图中虚线所示位置,推导
t时刻线圈产生的感应电动势大小为
e=
NBL1L2ωcos
ωt;
(3)如图所示,线圈的
ab、
cd边分别通过电刷与两个滑环
e、
f相连,滑环
e、
f与二极管
D、外电阻相连,组成闭合回路。二极管具有单向导电性,即加正向电压时其电阻可忽略不计,加反向电压时电阻可视为无穷大。已知线圈电阻为
r,外电阻为
R,电路其余部分电阻不计。计算经过一段较长时间
t(远大于线圈转动周期)的过程中,外电阻
R上产生的热量。
