Question

  （20分）如圖所示，一矩形輕質柔軟反射膜可繞過O點垂直紙面的水平軸轉動，其在紙面上的長度為L₁，垂直紙面的寬度為L₂。在膜的下端（圖中A處）掛有一平行于轉軸，質量為m，長為L₃的導體棒使膜繃成平面。在膜下方水平放置一足夠大的太陽能光電池板，能接收到經反射膜反射到光電池板上的所有光能，并將光能轉化成電能。光電池板可等效為一個一電池，輸出電壓恒定為U，輸出電流正比于光電池板接收到的光能（設垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定）。導體棒處在方向豎直向上的勻強磁場B中，并與光電池構成回路，流經導體棒的電流垂直紙面向外（注：光電池與導體棒直接相連，連接導線未畫出）。

（1）現有一束平行光水平入射，當反射膜與豎直方向成＝60時，導體棒處于受力平衡狀態，求此時電流強度的大小和光電池的輸出功率。

（2）當變成45時，通過調整電路使導體棒保持平衡，光電池除維持導體棒力學平衡外，還能輸出多少額外電功率？

 

 

 

 

Answer 1

【答案】

 （1）（2）

【解析】（1）導體棒受力如圖　

          

   光電池輸出功率（即光電池板接收到的光能對應的功率）為

　

（2）維持導體棒平衡需要的電流為　

而當變為時光電池板因被照射面積增大使電池輸出的電流也增大

需要在導體棒兩端并聯一個電阻，題目要求的就是這個電阻上的功率。

由并聯電路特點得：光電池提供的總電流　　以下關鍵是求

光電池輸出功率為　

（為當變成時，光電池板接收到的光能對應的功率。）

已知垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定

（設為P₀）

由右圖可知

已知電池輸出電流正比于光電池板接收到的光能

   

　　　光電池能提供的額外功率為