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

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 电功率/2022-12-13 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 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?
魔方格

◎ 答案


魔方格
 解析:
(1)导体棒受力如图 
 tanθ=
BIL2
mg
?I=
mgtanθ
BL2
=

3
mg
BL2

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
BL2
 
(2)维持导体棒平衡需要的电流为:
  I'=
mgtan45°
BL2
=
mg
BL2
<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=I'+I额外以下关键是求I
光电池输出功率为 P'=IU
魔方格

(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∴
I
I
=
P
P
=
cos60°
cos45°
=
1
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