112-分科測驗-物理-題組-24-26
中等
圖 7 為交流軸向磁場機械的剖面圖,常被用於發電機或電動機的裝置。圖 7 中位於最上方與最下方是兩個與轉軸連體且可轉動的磁鐵盤,其下方磁極分布的俯視圖如圖 8 所示,每一磁區的均勻磁場量值為 BB,方向垂直於盤面,且與轉軸平行。圖 7 中位於中間的是固定線圈盤,由八個扇形的單一線圈組成,如圖 9 的八個虛線扇形框所示,每個扇形線圈面積分別與上下八個磁極的面積相同,且扇形外半徑為 rOr_O,扇形內半徑為 r1r_1。線圈盤上的每一個線圈面與磁極面重疊時,其中之一如圖 8 中扇形虛線框所示。本題組只考慮每個扇形的單一線圈為單匝線圈,其電阻值為 RR。依據以上資料,回答以下問題。image.png
此機械作為電動汽車或飛機的馬達時,單一線圈內的電流與磁場之間的作用力可以推動磁鐵盤旋轉,帶動車輪或螺旋槳運轉。假設下磁鐵盤上方的單一線圈恰位於兩磁極之間,如圖 10 虛線扇形框所示,箭號為電流方向。圖 10 中的 r^\widehat r 代表徑向(輻射向外)的單位向量。若此時該線圈受磁場作用的合力為 F\overrightarrow F,且磁鐵盤受 F\overrightarrow F 的作用由靜止開始轉動。則下列選項哪些正確?image.png
此機械作為發電機時,可用水、風或核能等來推動磁鐵盤,使通過線圈中的磁通量發生變化,進而產生應電流。若磁鐵盤以逆時針方向的等角速率 ω\omega 旋轉,當 t=0t=0 時,線圈涵蓋下磁鐵盤的 N 極及 S 極面積恰相等,如圖 11 虛線扇形框所示。則通過單一線圈磁通量 𝛷 隨時間 tt 變化的關係圖最接近下列何者?image.png
承第25題,試選用適當的參數 ω\omegarOr_OrIr_IBBRR 與常數,來表示下列物理量。
(a)計算單一線圈磁通量最大量值 ϕM\phi_{M} 為何? (2分)
(b)計算單一線圈感應電動勢的最大量值 εM\varepsilon_M 為何? (3分)
(c)計算此單一線圈發電可達到最大功率 PMP_M 為何? (3分)
統計數據
答對率: 38 %鑑別度: 28 %高分組答對率: 52 %低分組答對率: 25 %
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