题目内容
（2010?浙江）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？
分析：运用共点力平衡的条件求解力学问题，再运用电学知识求解电流和功率等问题．
解答：
解析：
（1）导体棒受力如图
tanθ=
?I=
=
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'＜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∴
=
=
=
?I总=
I=
?I额=I总-I′=（
-1）
，
光电池能提供的额外功率为 P额=I额U=（
-1）
．
答：（1）此时电流强度的大小为
，光电池的输出功率
．
（2）还能输出额外电功率为（
-1）
．
解析：（1）导体棒受力如图
tanθ=
| BIL2 |
| mg |
| 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，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∴
| I |
| I总 |
| P |
| P′ |
| cos60° |
| cos45° |
| 1 | ||
|
| 2 |
| 6 |
| mg |
| BL2 |
| 6 |
| mg |
| BL2 |
光电池能提供的额外功率为 P额=I额U=（
| 6 |
| mgU |
| BL2 |
答：（1）此时电流强度的大小为
| 3 |
| mg |
| BL2 |
| 3 |
| mgU |
| BL2 |
（2）还能输出额外电功率为（
| 6 |
| mgU |
| BL2 |
点评：本题考查光的反射和电路计算及力的平衡以及安培力，是一道综合性强、物理情境新的题目．
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