题目内容
【题目】节能环保的“风光互补路灯”获得广泛应用。图1 是利用自然资源实现“自给自足”的风光互补的路灯，图2 是其中一个路灯的结构示意图，它在有阳光时可通过太阳能电池板发电，有风时可通过风力发电。
（1）北京市某日路灯的开灯时间为19: 00 到次日6: 00，若路灯的功率为P 0 ＝40W，求一盏灯在这段时间内消耗的电能E电。
（2）风力发电机旋转叶片正面迎风时的有效受风面积为S ，运动的空气与受风面作用后速度变为零，若风力发电机将风能转化为电能的效率为
，空气平均密度为
，当风速为v 且风向与风力发电机受风面垂直时，求该风力发电机的电功率P 。
（3）太阳能电池的核心部分是P 型和N 型半导体的交界区域—— PN 结，如图3 所示，取P 型和N 型半导体的交界为坐标原点，PN 结左右端到原点的距离分别为xP 、xN 。无光照时，PN 结内会形成一定的电压，对应的电场称为内建电场E场，方向由N 区指向P 区；有光照时，原来被正电荷约束的电子获得光能变为自由电子，就产生了电子—空穴对，空穴带正电且电荷量等于元电荷e ；不计自由电子的初速度，在内建电场作用下，电子被驱向N 区，空穴被驱向P 区，于是N 区带负电，P 区带正电，图3 所示的元件就构成了直流电源。某太阳能电池在有光持续照射时，若外电路断开时，其PN 结的内建电场场强E场的大小分布如图4 所示，已知xP 、xN 和E0；若该电池短路时单位时间内通过外电路某一横截面的电子数为n ，求此太阳能电池的电动势E 和内电阻r 。
【答案】（1）1584kJ 或0．44kWh；（2）1
。
【解析】（1）路灯在这段时间内消耗的电能为：
＝1584kJ 电（ 或写为0．44kWh ）
W 即为内建电场力所做的功，内建电场力F 随位移的变化图像如图所示，W 为该图线与坐标轴所围的面积。
