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    9．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P0=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η，空气平均密度为ρ，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．

    分析 （1）根据功率公式可求得路灯消耗的电能；
    （2）与叶片发生作用的空气的动能转化为电能，根据能量守恒可求得风力发电机的功率；
    （3）根据闭合电路欧姆定律中的能量转化关系以及电动势的定义可求得电动势；再根据短路电流可求得内电阻．

    解答 解：（1）路灯在这段时间内消耗的电能为：
    E电=P0t=40×11×3600=1584KJ；
    （2）△t时间内与发电机叶片发生作用的空气质量为：△m=ρs（v△t）
    发电机获得的风能为：E风=$\frac{1}{2}△m{v}^{2}$
    风能转化为电能，有：ηE风=P△t
    联立可得：P=$\frac{1}{2}$ηρSv3；
    （3）根据电动势的定义可得：E=$\frac{W}{e}$
    W 即为内部电场力所做的功，内建电场力F 随位移的变化图象如图所示，W 为该图线
    与坐标轴所围的面积．

    则有：W=$\frac{e{E}_{0}}{2}$（xP+xN）
    联立可得：E=$\frac{{E}_{0}}{2}$（xP+xN）
    电源短路时所有通过N区的电子经外电路回到P区，电流为：I=$\frac{q}{t}$=ne
    该太阳能电池的内阻为：r=$\frac{E}{I}$
    联立解得：r=$\frac{{E}_{0}}{2ne}$（xP+xN）
    答：（1）一盏灯在这段时间内消耗的电能为1584KJ；
    （2）该风力发电机的电功率P为$\frac{1}{2}$ηρSv3；
    （3）此太阳能电池的电动势E为$\frac{{E}_{0}}{2}$（xP+xN）和内电阻r$\frac{{E}_{0}}{2ne}$（xP+xN）

    点评 本题考查闭合电路欧姆定律的应用以及功能关系，要注意正确理解空气的动能转化为电能的过程总能量守恒，正确应用功能关系分析求解即可．

    练习册系列答案
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    19．假设若干年后，由于地球的变化，地球的半径变小了，但地球的质量不变，地球的自转周期不变，则相对于现在（　　）
    A．地球表面的重力加逮度变大了
    B．发射一颗卫星需要的最小发射速度变大了
    C．地球的同步卫星的高度变大了
    D．地球同步卫星绕地球做圆周运动的线速度变大了

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    20．关于做平抛运动的物体，以下说法中正确的是（　　）
    A．物体做变加速曲线运动
    B．物体做匀变速曲线运动
    C．抛出时的速度越大，飞行的水平距离越大
    D．抛出点的位置越高，飞行的水平距离越大

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    17．平抛运动可以分解为水平和竖直两个方向的直线运动，在同一坐标系中作出这两个分运动的v-t图象，如图所示，若平抛运动的时间大于2t1，g=10m/s2，则下列说法中正确的是（　　）
    A．图线1表示竖直分运动的v-t图线
    B．图线2表示竖直分运动的v-t图线
    C．t1时间内物体速度的变化量大小为20t1m/s，方向与水平方向成45°
    D．t1时刻的速度方向与初速度方向夹角为45°

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    A．三个等势面中，a的电势最低
    B．带电粒子通过P点时的动能比通过Q点时的动能大
    C．带电粒子通过P点时的加速度比通过Q点时加速度大
    D．带电粒子在P点具有的电势能比在Q点具有的电势能小

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    D．若该行星有一颗轨道半径与月球绕地球轨道半径相等的卫星，其周期大于一个月

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    1．某实验小组在实验室中利用图甲所示实验装置来探究合力做功与物体动能变化的关系．实验步骤如下：
    ①将木板固定在水平桌面上，一端装上定滑轮，木板上放置一质量M=200g的滑块，左端与穿过电磁打点计时器的纸带相连；
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    （1）滑块打点1时的动能为1.5×10-3J；打点5时的动能为9.8×10-3J
    （2）在从点l运动到点5过程中拉力所做的功W=8.3×10-3J
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    18．如图所示，长为l的绳子下端连着质量为m的小球，上端悬于天花板上，当绳子拉直时，绳子与竖直方向的夹角为600，此时，小球静止于光滑水平桌面上，重力加速度为g．则（　　）
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    B．当小球以角速度做圆锥摆运动$ω=\sqrt{\frac{g}{l}}$时，桌面对小球的支持力大小等于重力的一半
    C．当小球以角速度做圆锥摆运动$ω=2\sqrt{\frac{g}{l}}$时，绳子的张力大小等于重力的3倍
    D．当小球以角速度做圆锥摆运动$ω=2\sqrt{\frac{g}{l}}$时，桌面对小球没有支持力的作用

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