Question

【題目】如圖所示，一矩形輕質(zhì)柔軟反射膜可繞過(guò)O點(diǎn)垂直紙面的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其在紙面上的長(zhǎng)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(zhuǎn)軸，質(zhì)量為m，長(zhǎng)為L2的導(dǎo)體棒使膜成平面。在膜下方水平放置一足夠大的太陽(yáng)能光電池板，能接收到經(jīng)反射膜反射到光電池板上的所有光能，并將光能轉(zhuǎn)化成電能。光電池板可等效為一個(gè)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(shè)垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定）。導(dǎo)體棒處在方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，并與光電池構(gòu)成回路，流經(jīng)導(dǎo)體棒的電流垂直紙面向外（注：光電池與導(dǎo)體棒直接相連，連接導(dǎo)線未畫(huà)出）。

（1）現(xiàn)有一束平行光水平入射，當(dāng)反射膜與豎直方向成θ=60°時(shí)，導(dǎo)體棒處于受力平衡狀態(tài)，求此時(shí)電流強(qiáng)度的大小和光電池的輸出功率；

（2）當(dāng)θ變成45°時(shí)，光電池輸出電流I`與60°時(shí)輸出電流I之比為多少；

（3）當(dāng)θ變成45°時(shí)，光電池除維持導(dǎo)體棒平衡外，還能輸出多少額外電功率？

Answer 1

【答案】（1） （2） （3）

【解析】（1）導(dǎo)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(duì)應(yīng)的功率）為：

（2）∵輸出電流正比于光電池板接收到的光能，設(shè)單位面積上的光功率為P0。如圖示：

則，

（3）當(dāng)時(shí)，流過(guò)導(dǎo)體棒電流， < I。

但θ變?yōu)?/span>45°時(shí)光電池板因被照射面積增大使電池輸出的電流也增大。所以需要在導(dǎo)體棒兩端并聯(lián)一個(gè)電阻，題目要求的就是這個(gè)電阻上的功率。

由（2）問(wèn)可知， 時(shí)，光電池輸出電流

由并聯(lián)電路特點(diǎn)得：流過(guò)并聯(lián)電阻的電流.

因光電池輸出電壓恒為U，則該并聯(lián)電阻上的功率即光電池額外提供的電功率：