Question

【題目】節能環保的“風光互補路燈”獲得廣泛應用。圖1 是利用自然資源實現“自給自足”的風光互補的路燈，圖2 是其中一個路燈的結構示意圖，它在有陽光時可通過太陽能電池板發電，有風時可通過風力發電。

（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消耗的電能E電。

（2）風力發電機旋轉葉片正面迎風時的有效受風面積為S ，運動的空氣與受風面作用后速度變為零，若風力發電機將風能轉化為電能的效率為，空氣平均密度為，當風速為v 且風向與風力發電機受風面垂直時，求該風力發電機的電功率P 。

（3）太陽能電池的核心部分是P 型和N 型半導體的交界區域—— PN 結，如圖3 所示，取P 型和N 型半導體的交界為坐標原點，PN 結左右端到原點的距離分別為xP 、xN 。無光照時，PN 結內會形成一定的電壓，對應的電場稱為內建電場E場，方向由N 區指向P 區；有光照時，原來被正電荷約束的電子獲得光能變為自由電子，就產生了電子—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，在內建電場作用下，電子被驅向N 區，空穴被驅向P 區，于是N 區帶負電，P 區帶正電，圖3 所示的元件就構成了直流電源。某太陽能電池在有光持續照射時，若外電路斷開時，其PN 結的內建電場場強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通過外電路某一橫截面的電子數為n ，求此太陽能電池的電動勢E 和內電阻r 。

Answer 1

【答案】（1）1584kJ 或0．44kWh；（2）1。

【解析】（1）路燈在這段時間內消耗的電能為：＝1584kJ 電（ 或寫為0．44kWh ）

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