Question

【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，光电池输出电流I`与60°时输出电流I之比为多少；

（3）当θ变成45°时，光电池除维持导体棒平衡外，还能输出多少额外电功率？

Answer 1

【答案】（1） （2） （3）

【解析】（1）导体棒受力如图：

.

光电池输出功率（即光电池板接收到的光能对应的功率）为：

（2）∵输出电流正比于光电池板接收到的光能，设单位面积上的光功率为P0。如图示：

则，

（3）当时，流过导体棒电流， < I。

但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。所以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（2）问可知， 时，光电池输出电流

由并联电路特点得：流过并联电阻的电流.

因光电池输出电压恒为U，则该并联电阻上的功率即光电池额外提供的电功率：