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
◎ 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=
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=
(2)维持导体棒平衡需要的电流为: 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P0) 由右图可知 P=P0L1L2cos60°,P'=P0L1L2cos45° 已知电池输出电流正比于光电池板接收到的光能∴
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