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磁场对通电导线的作用：安培力、左手定则
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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，垂直纸面的长度为L2．在膜的下端（图中A处）挂有一平行于转轴，质量为m，长为L3的导体棒
网友投稿 2023-04-06 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
，垂直纸面的长度为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
3
的导体棒使膜形成平面．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，并将其转化成电能．光电池板可等效为一个电池，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）再有一束平行光水平入射，当反射膜与竖直方向成θ=60°时，导体棒受力处于平衡状态，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，光电池板接收到的光能对应的功率P’与当θ=60°时光电池板接收到的光能对应的功率P之比？
（3）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处于平衡外，还能输出多少额外电功率？
◎ 答案
（1）导体棒受力如图，棒所受的安培力F
A
=BIL
2
，导体棒受力平衡，则有
mgtanθ=F
A
，
解得，I=
mgtanθ
B
L
2
当θ=60°时，I
1
=
3
mg
B
L
2
光电池输出功率为P
1
=UI
1
=
3
mgU
B
L
2
．
（2）当θ变成45°时，设光电池输出功率为P
2
，根据几何关系可知：
P
2
P
1
=
L
1
L
2
cos45°
L
1
L
2
cos60°
=
2
（3）当θ=45°时，维持力平衡需要的电流为I
2
=
mg
B
L
2
，可得P
2
=
2
P
1
=
6
mgU
B
L
2
而光电池产生的电流为I
光电
=
P
2
U
=
6
mg
B
L
2
，所以能提供的额外电流为I
额外
=I
光电
-I
2
=（
6
-1）
mg
B
L
2
故可提供额外功率为P
额外
=UI
额外
=
(
6
-1)mgU
B
L
2
．
答：
（1）此时电流强度的大小是
3
mg
B
L
2
，光电池的输出功率是
3
mgU
B
L
2
．
（2）当θ变成45°时，光电池板接收到的光能对应的功率P′与当θ=60°时光电池板接收到的光能对应的功率P之比为
2
．
（3）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，垂直纸面的长度为L2．在膜的下端（图中A处）挂有一平行于转轴，质量为m，长为L3的导体棒…”主要考查了你对 【滑动摩擦力、动摩擦因数】，【力的合成】，【共点力的平衡】，【磁场对通电导线的作用：安培力、左手定则】 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/202304/436920.html
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