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OA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L₂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）若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，不能輸出多少額外電功率？

 

Answer 1

（1）

（2）

解析:

（1）導體棒所受安培力            ①

導體棒有靜力平衡關系        ②

解得                          ③

所以當=時，

光電池輸出功率為

（2）當時，根據③式可知維持靜力平衡需要的電流為

根據幾何關系可知 

可得

而光電池產生的電流為 

所以能提供的額外電流為

可提供額外功率