Question

【題目】節(jié)能環(huán)保的“風(fēng)光互補路燈”獲得廣泛應(yīng)用。圖1 是利用自然資源實現(xiàn)“自給自足”的風(fēng)光互補的路燈，圖2 是其中一個路燈的結(jié)構(gòu)示意圖，它在有陽光時可通過太陽能電池板發(fā)電，有風(fēng)時可通過風(fēng)力發(fā)電。

（1）北京市某日路燈的開燈時間為19: 00 到次日6: 00，若路燈的功率為P 0 ＝40W，求一盞燈在這段時間內(nèi)消耗的電能E電。

（2）風(fēng)力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)葉片正面迎風(fēng)時的有效受風(fēng)面積為S ，運動的空氣與受風(fēng)面作用后速度變?yōu)榱悖�若風(fēng)力發(fā)電機將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為，空氣平均密度為，當(dāng)風(fēng)速為v 且風(fēng)向與風(fēng)力發(fā)電機受風(fēng)面垂直時，求該風(fēng)力發(fā)電機的電功率P 。

（3）太陽能電池的核心部分是P 型和N 型半導(dǎo)體的交界區(qū)域—— PN 結(jié)，如圖3 所示，取P 型和N 型半導(dǎo)體的交界為坐標(biāo)原點，PN 結(jié)左右端到原點的距離分別為xP 、xN 。無光照時，PN 結(jié)內(nèi)會形成一定的電壓，對應(yīng)的電場稱為內(nèi)建電場E場，方向由N 區(qū)指向P 區(qū)；有光照時，原來被正電荷約束的電子獲得光能變?yōu)樽杂呻娮樱�就產(chǎn)生了電子—空穴對，空穴帶正電且電荷量等于元電荷e ；不計自由電子的初速度，在內(nèi)建電場作用下，電子被驅(qū)向N 區(qū)，空穴被驅(qū)向P 區(qū)，于是N 區(qū)帶負(fù)電，P 區(qū)帶正電，圖3 所示的元件就構(gòu)成了直流電源。某太陽能電池在有光持續(xù)照射時，若外電路斷開時，其PN 結(jié)的內(nèi)建電場場強E場的大小分布如圖4 所示，已知xP 、xN 和E0；若該電池短路時單位時間內(nèi)通過外電路某一橫截面的電子數(shù)為n ，求此太陽能電池的電動勢E 和內(nèi)電阻r 。

Answer 1

【答案】（1）1584kJ 或0．44kWh；（2）1。

【解析】（1）路燈在這段時間內(nèi)消耗的電能為：＝1584kJ 電（ 或?qū)憺?．44kWh ）

W 即為內(nèi)建電場力所做的功，內(nèi)建電場力F 隨位移的變化圖像如圖所示，W 為該圖線與坐標(biāo)軸所圍的面積。