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如图所示，一矩形轻质柔软反射膜可绕过O点垂直纸面的水平轴转动，其在纸面上的长度为L1，垂直纸面的宽度为L2．在膜的下端（图中A处）挂有一平行于转轴，质量为m，长为L2的导体棒
网友投稿 2022-12-13 00:00:00 零零社区
◎ 题目
如图所示，一矩形轻质柔软反射膜可绕过O点垂直纸面的水平轴转动，其在纸面上的长度为L
1
，垂直纸面的宽度为L
2
．在膜的下端（图中A处）挂有一平行于转轴，质量为m，长为L
2
的导体棒使膜成平面．在膜下方水平放置一足够大的太阳能光电池板，能接收到经反射膜反射到光电池板上的所有光能，并将光能转化成电能．光电池板可等效为一个一电池，输出电压恒定为U；输出电流正比于光电池板接收到的光能（设垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定）．导体棒处在方向竖直向上的匀强磁场B中，并与光电池构成回路，流经导体棒的电流垂直纸面向外（注：光电池与导体棒直接相连，连接导线未画出）．
（1）现有一束平行光水平入射，当反射膜与竖直方向成θ=60°时，导体棒处于受力平衡状态，求此时电流强度的大小和光电池的输出功率．
（2）当θ变成45°时，通过调整电路使导体棒保持平衡，光电池除维持导体棒平衡外，还能输出多少额外电功率？
◎ 答案
解析：
（1）导体棒受力如图
tanθ=
BI
L
2
mg
?I=
mgtanθ
B
L
2
=
3
mg
B
L
2
光电池输出功率（即光电池板接收到的光能对应的功率）为：P=IU=
3
mgU
B
L
2
（2）维持导体棒平衡需要的电流为：
I'=
mgtan
45
°
B
L
2
=
mg
B
L
2
＜I
∵I'＜I，而当θ变为45°时光电池板因被照射面积增大使电池输出的电流也增大
∴需要在导体棒两端并联一个电阻，题目要求的就是这个电阻上的功率．
由并联电路特点得：光电池提供的总电流 I
总
=I'+I
额外
以下关键是求I
总
光电池输出功率为 P'=I
总
U
（P'为当θ变成45°时，光电池板接收到的光能对应的功率．）
已知垂直于入射光单位面积上的光功率保持恒定（设为P
0
）
由右图可知 P=P
0
L
1
L
2
cos60°，P'=P
0
L
1
L
2
cos45°
已知电池输出电流正比于光电池板接收到的光能∴
I
I
总
=
P
P
′
=
cos
60
°
cos
45
°
=
1
2
?I
总
=
2
I=
6
mg
B
L
2
?I
额
=I
总
-I′=（
6
-1）
mg
B
L
2
，
光电池能提供的额外功率为 P
额
=I
额
U=（
6
-1）
mgU
B
L
2
．
答：（1）此时电流强度的大小为
3
mg
B
L
2
，光电池的输出功率
3
mgU
B
L
2
．
（2）还能输出额外电功率为（
6
-1）
mgU
B
L
2
．
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析，试题“如图所示，一矩形轻质柔软反射膜可绕过O点垂直纸面的水平轴转动，其在纸面上的长度为L1，垂直纸面的宽度为L2．在膜的下端（图中A处）挂有一平行于转轴，质量为m，长为L2的导体棒…”主要考查了你对 【共点力的平衡】，【电功】，【电功率】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202212/420232.html
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