Question

如圖所示，一矩形輕質(zhì)柔軟反射膜可繞過(guò)O點(diǎn)垂直紙面的水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其在紙面上的長(zhǎng)度OA為L(zhǎng)₁，垂直紙面的寬度為L(zhǎng)₂，在膜的下端（圖中A處）掛有一平行于轉(zhuǎn)軸，質(zhì)量為m，長(zhǎng)為L(zhǎng)₂的導(dǎo)體棒使膜繃成平面。在膜下方水平放置一足夠大的太陽(yáng)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(gè)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(dǎo)體棒處在方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，并與光電池構(gòu)成回路，流體導(dǎo)體棒的電流垂直紙面向外。（注：光電池與導(dǎo)體棒直接相連，連接導(dǎo)線未畫出）
（1）現(xiàn)有一束平行光水平入射，當(dāng)反射膜與豎直方向成θ=60°時(shí)，導(dǎo)體棒處于受力平衡狀態(tài)，求此時(shí)電流強(qiáng)度的大小和光電池的輸出功率。
（2）當(dāng)θ變?yōu)?5°時(shí)，通過(guò)調(diào)整電路使導(dǎo)體棒保持平衡，光電池除維持導(dǎo)體棒力學(xué)平衡外，還能輸出多少額外電功率？

Answer 1

解：（1）導(dǎo)體棒所受安培力F_A=IBL₂
導(dǎo)體棒有靜力平衡關(guān)系mgtanθ=F_A
解得
所以當(dāng)θ=60°時(shí)，
光電池輸出功率為
（2）當(dāng)θ=45°時(shí)，根據(jù)（1）可知維持靜力平衡需要的電流為
根據(jù)幾何關(guān)系可知
可得
而光電池產(chǎn)生的電流為
所以能提供的額外電流為
可提供額外功率為