题目内容
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，垂直纸面的长度为L2．在膜的下端（图中A处）挂有一平行于转轴，质量为m，长为L3的导体棒使膜形成平面．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，并将其转化成电能．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）再有一束平行光水平入射，当反射膜与竖直方向成θ=60°时，导体棒受力处于平衡状态，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，光电池板接收到的光能对应的功率P’与当θ=60°时光电池板接收到的光能对应的功率P之比？
（3）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处于平衡外，还能输出多少额外电功率？
分析：（1）分析导体棒的受力情况，根据平衡条件得到电流的表达式，再求出θ=60°时导体棒中电流，由功率公式P=UI求出光电池的输出功率．
（2）由几何知识求功率P之比．
（3）由力平衡条件求出导体棒平衡需要的电流，根据电流关系求出额外电功率．
（2）由几何知识求功率P之比．
（3）由力平衡条件求出导体棒平衡需要的电流，根据电流关系求出额外电功率．
解答：
解：（1）导体棒受力如图，棒所受的安培力FA=BIL2，导体棒受力平衡，则有
mgtanθ=FA，
解得，I=
当θ=60°时，I1=
光电池输出功率为P1=UI1=
．
（2）当θ变成45°时，设光电池输出功率为P2，根据几何关系可知：
=
=
（3）当θ=45°时，维持力平衡需要的电流为I2=
，可得P2=
P1=
而光电池产生的电流为I光电=
=
，所以能提供的额外电流为I额外=I光电-I2=（
-1）
故可提供额外功率为P额外=UI额外=
．
答：
（1）此时电流强度的大小是
，光电池的输出功率是
．
（2）当θ变成45°时，光电池板接收到的光能对应的功率P′与当θ=60°时光电池板接收到的光能对应的功率P之比为
．
（3）还能输出额外电功率为
．
解：（1）导体棒受力如图，棒所受的安培力FA=BIL2，导体棒受力平衡，则有mgtanθ=FA，
解得，I=
| mgtanθ |
| BL2 |
当θ=60°时，I1=
| ||
| BL2 |
光电池输出功率为P1=UI1=
| ||
| BL2 |
（2）当θ变成45°时，设光电池输出功率为P2，根据几何关系可知：
| P2 |
| P1 |
| L1L2cos45° |
| L1L2cos60° |
| 2 |
（3）当θ=45°时，维持力平衡需要的电流为I2=
| mg |
| BL2 |
| 2 |
| ||
| BL2 |
而光电池产生的电流为I光电=
| P2 |
| U |
| ||
| BL2 |
| 6 |
| mg |
| BL2 |
故可提供额外功率为P额外=UI额外=
(
| ||
| BL2 |
答：
（1）此时电流强度的大小是
| ||
| BL2 |
| ||
| BL2 |
（2）当θ变成45°时，光电池板接收到的光能对应的功率P′与当θ=60°时光电池板接收到的光能对应的功率P之比为
| 2 |
（3）还能输出额外电功率为
(
| ||
| 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．
练习册系列答案
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＝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。
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）．