题目

题型：浙江省高考真题难度：来源：

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OA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的导体棒使膜绷成平面。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，流体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变为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力学平衡外，还能输出多少额外电功率？

答案

解：（1）导体棒所受安培力F_A=IBL₂
导体棒有静力平衡关系mgtanθ=F_A
解得
所以当θ=60°时，
光电池输出功率为
（2）当θ=45°时，根据（1）可知维持静力平衡需要的电流为
根据几何关系可知
可得
而光电池产生的电流为
所以能提供的额外电流为
可提供额外功率为