• 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?试题及答案-解答题-云返教育

    • 试题详情

      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?

      试题解答


      见解析
      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=F
      A
      解得,I=
      mgtanθ
      BL2

      当θ=60°时,I
      1=
      3
      mg
      BL2

      光电池输出功率为P
      1=UI1=
      3
      mgU
      BL2

      (2)当θ变成45°时,设光电池输出功率为P
      2,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I
      2=
      mg
      BL2
      ,可得P2=
      2
      P1=
      6
      mgU
      BL2

      而光电池产生的电流为I
      光电=
      P2
      U
      =
      6
      mg
      BL2
      ,所以能提供的额外电流为I额外=I光电-I2=(
      6
      -1)
      mg
      BL2

      故可提供额外功率为P
      额外=UI额外=
      (
      6
      -1)mgU
      BL2

      答:
      (1)此时电流强度的大小是
      3
      mg
      BL2
      ,光电池的输出功率是
      3
      mgU
      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???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
      (
      6
      -1)mgU
      BL2

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