Question

如圖所示，一矩形輕質(zhì)柔軟反射膜可繞過O點垂直紙面的水平軸轉(zhuǎn)動，其在紙面上的長度為L₁，垂直紙面的寬度為L₂．在膜的下端（圖中A處）掛有一平行于轉(zhuǎn)軸，質(zhì)量為m，長為L₂的導體棒使膜成平面．在膜下方水平放置一足夠大的太陽能光電池板，能接收到經(jīng)反射膜反射到光電池板上的所有光能，并將光能轉(zhuǎn)化成電能．光電池板可等效為一個一電池，輸出電壓恒定為U；輸出電流正比于光電池板接收到的光能（設(shè)垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定）．導體棒處在方向豎直向上的勻強磁場B中，并與光電池構(gòu)成回路，流經(jīng)導體棒的電流垂直紙面向外（注：光電池與導體棒直接相連，連接導線未畫出）．
（1）現(xiàn)有一束平行光水平入射，當反射膜與豎直方向成θ=60°時，導體棒處于受力平衡狀態(tài)，求此時電流強度的大小和光電池的輸出功率．
（2）當θ變成45°時，通過調(diào)整電路使導體棒保持平衡，光電池除維持導體棒平衡外，還能輸出多少額外電功率？

Answer 1

【答案】分析：運用共點力平衡的條件求解力學問題，再運用電學知識求解電流和功率等問題．
解答： 解析：
（1）導體棒受力如圖
 tanθ=?I==
光電池輸出功率（即光電池板接收到的光能對應(yīng)的功率）為：P=IU=
（2）維持導體棒平衡需要的電流為：
  I'==＜I           
∵I'＜I，而當θ變?yōu)?5°時光電池板因被照射面積增大使電池輸出的電流也增大
∴需要在導體棒兩端并聯(lián)一個電阻，題目要求的就是這個電阻上的功率．
由并聯(lián)電路特點得：光電池提供的總電流 I_總=I'+I_額外以下關(guān)鍵是求I_總
光電池輸出功率為 P'=I_總U
（P'為當θ變成45°時，光電池板接收到的光能對應(yīng)的功率．）
已知垂直于入射光單位面積上的光功率保持恒定（設(shè)為P）
由右圖可知 P=PL₁L₂cos60°，P'=PL₁L₂cos45°
已知電池輸出電流正比于光電池板接收到的光能∴
===?I_總=I=?I_額=I_總-I′=（-1），
光電池能提供的額外功率為 P_額=I_額U=（-1）．
答：（1）此時電流強度的大小為，光電池的輸出功率．
（2）還能輸出額外電功率為（-1）．
點評：本題考查光的反射和電路計算及力的平衡以及安培力，是一道綜合性強、物理情境新的題目．