太阳能的利用教案

第七章D学习包一一太阳能的利用一.教学任务分析学习包一《太阳能的利用》是能量守恒定律一章在实际中的…个应用。太阳能不仅具有巨大的经济、社会效益，还能缓解能源紧缺，美化生活环境，实现社会、经济、资源和环境的协调发展。因此，在中学物理课程中引入此内容的学习，既富有时代性，又具有非常重要的现实意义。本节内容重点放在科学探究过程的实践、科学方法的运用和相关知识的灵活应用上，对改变学生学习方式来说具有重要的意义。学习本节内容所需准备的知识和技能主要有：(1)能的转化与守恒；(2)能源的开发与利用；(3)DIS温度传感器的使用。将“太阳能的利用”内容分成若干个子课题，学生分组，并认领探究的课题。通过子课题1,简要介绍太阳能的相关知识，引出太阳能资源的含义、优缺点、利用途径；通过子课题2,重点探究太阳能的热利用;通过子课题3,重点探究太阳能发电。通过实例分析，联系太阳能的来源进行相关的计算、引入“物理模型”、“等效替代”等物理学中常用的思想方法。本节内容采用学习包的形式编写，目的在于改变传统的教与学的方式，在教师指导下，学生通过自主活动，做到“资料自己找，实验自己做，问题自己答，小结自己写，效果自己评”，在探究活动中体验合作探究的学习过程、认识研究性学习的特点，感悟科学方法的应用和科学态度对探究的成功的重要作用，为今后的持续发展奠定基础。 二、教学目标1、知识与技能(1)知道太阳能资源的含义、优缺点、利用途径、基本技术以及人们利用与开发太阳能的历史和现状。(2)理解太阳辐射和太阳常数。(3)学会用DIS温度传感器，探究影响太阳能转化为热能效率的因素、上海地区太阳辐射的特点以及测试闷晒式太阳能集热箱效率和性能。(4)学会使用一些基本的太阳能系列产品，并在此基础上进行小制作、小改造或小发明。(5)初步学会完成对各种实验表格的设计与填写，并能完成课题报告的撰写。2、过程与方法(1)在研究“太阳能利用”课题的过程中，通过小组成员间分工合作，获取、搜集、处理、表达信息的过程，感受科学探究的一般过程和方法。(2)通过查阅有关太阳能能源的资料，认识太阳能能源的基本知识以及利用与开发的历史和现状。(3)通过DIS实验，感受信息技术对探究活动的支撑作用。(4)通过搜集有关利用太阳能开发的产品及该产品的图片和工 作原理，掌握家用太阳能装置和一些基本的太阳能系列产品的使用方法，并运用所学知识进行小制作、小改造和小发明。（5）通过经历太阳能开发利用的学习与实践过程，认识调查法、实验法，控制变量法，物理模型，等效替代等科学研究方法和物理思想。3、情感、态度与价值观（1）根据子课题研究内容，通过小组成员间明确各自担任的角色和任务，在探究的过程，体验具体分工、合作的愉悦和经验，增强责任感，乐于与人合作，并善于与人合作。（2）在动脑、动手实践中，通过使用、改造或设计太阳能利用的器具，激发利用与开发太阳能的兴趣，提高动手实践与大胆创新的能力。（3）通过学习与实践过程，体验探究学习的乐趣，懂得合理、科学使用太阳能的方法以及重要意义，增强保护环境、节能的使命感。（4）通过多角度、多层次、多方式对问题展开思考和剖析，在解决问题的过程中，体验成功的愉悦感和成就感。三、教学重点和难点重点：（1）太阳能利用的相关知识。（2）探究影响太阳能转化为热能效率的因素、上海地区太阳辐射的特点以及测试闷晒式太阳能集热箱效率和性能。难点：（1）运用利用太阳能的有关知识进行小制作、小改造和小发明。（2）理解太阳辐射和太阳常数。 四.教学资源1、器材：（1）研究影响太阳能转化为热能效率因素的实验器材：小包装纯净水（250ml左右）空瓶四个，30cmX40cm聚乙烯透明塑料袋三个，20cmX20cm黑纸一张，光亮、平整铝箔包装纸若干，高40cm的支架4个，DIS（温度传感器，数据采集器，计算机等）或温度计（2）研究上海地区太阳辐射特点的实验器材：小包装纯净水（250ml左右）空瓶若干，橡皮塞（钻孔），DIS（温度传感器，数据采集器，计算机等）或温度计，支架等。（3）研究闷晒式太阳能集热箱效率和性能的实验器材：聚苯乙烯泡沫塑料，松软物体（棉花，羽绒等）、盖板玻璃等；各种颜色的材料（纸张、布匹等），DIS（温度传感器，数据采集器，计算机等）或温度计等。（4）研究太阳能发电的实验器材：太阳能电池板，太阳能小车、太阳能风车等制作材料。（5）其他所需器材。2、Internet网络、图书资料等。3、课件：自制课件、Flash动画等。4、录像：太阳能利用的视频资料。五、教学设计思路本设计的内容主要包括四个方面：一是太阳能利用的相关知识简 介；二是太阳能的热利用；三是太阳能发电；四是建立“太阳辐射物理模型”及对“太阳常量”的理解。木设计的基木思路是：学生组成小组，在教师的指导下根据总课题“太阳能的利用”提出系列性问题或子课题，然后通过学&自主学习、查找资料、交流讨论、探究实验解决问题，最后进行小结、交流和评价。本设计要突出的重点是：太阳能利用的相关知识以及探究影响太阳能转化为热能效率的因素、上海地区太阳辐射的特点以及测试闷晒式太阳能集热箱效率和性能。方法是：通过子课题1的研究，搜集有关太阳能的含义，太阳辐射与太阳常数，太阳能的优缺点，太阳能的利用途径，太阳能利用基本技术及发展史等资料，了解太阳能利用的相关知识；通过子课题2和子课题3的研究，运用DIS温度传感器探究影响太阳能转化为热能效率的因素、上海地区太阳辐射的特点以及测试自制闷晒式太阳能集热箱效率和性能。本设计要突破的难点是：运用太阳能利用的有关知识进行小制作、小改造和小发明。方法是：通过搜集有关利用太阳能开发的产品及该产品的图片和工作原理，掌握家用太阳能装置和一些基本的太阳能系列产品的使用方法，并运用所学知识进行小制作、小改造和小发明。理解太阳辐射和太阳常数。方法是通过实例分析，引入物理模型、等效替代等物理思想，理解太阳辐射和“太阳常量"的概念。本设计重视培养学生获取、搜集、处理、表达信息的能力以及实验探究，创造发明的能力。完成本设计的教学任务需2〜3课时。 六.教学流程K教学流程图2.流程图说明问题探讨提出研究内容课内通过录像、课件、演示实验创设情景，指出太阳能不仅具有巨大的经济、社会效益，还能缓解能源紧缺，美化生活环境，实现社会、经济、资源和环境的协调发展有重要的现实意义，激发学生的兴趣和探究欲望。课外通过对学生进行分组、确定了课题及研究内容、明确角色和任务分工。利用网络资源和书籍资料，设计实验方案，制定课题计划书和进度表。探索研究进行实验探究课内通过小组内部交流设计方案，实验探究影响太阳能转化为热 能效率的因素、上海地区太阳辐射的特点以及测试闷晒式太阳能集热箱效率和性能。课外继续实验探究并完成实验报告，并将搜集到的资料汇总、分析、整合，初步做成ppt、网页、作品等形式，并回答相关问题。交流小结成果汇报交流课内通过学生分组展示和交流研究成果，市教师和学生组成的课题评审团可以用投票的方式对各组成果进行评议，根据成果交流情况评出各奖项，进行表彰和鼓励，点评并提出改进意见。然后，教师通过实例的分析，进一步理解太阳辐射和太阳常数的概念。最后教师总结课题研究的方法例如实验法，调查法，以及物理思想和科学方法例如等效替代，控制变量法和物理模型等。课外，让学生反思学习学习包的过程，做好小结，完成思考与练习。拓展延伸关注科技发展介绍几个主要的国内外太阳能网站的地址，激发学生利用与开发太阳能的兴趣，增强保护环境、节能的使命感。3、教学主要环节本设计可以分为三个主要教学环节：第一环节，通过太阳能利用的问题探讨，了解太阳能资源的相关知识，包扌舌太阳能的含义，太阳辐射和太阳常数，太阳能的优缺点、利用途径以及太阳能利用的基本技术，人们利用与开发太阳能的历史和现状。第二环节，通过DIS实验，探究影响太阳能转化为热能效率的因素、上海地区太阳辐射的特点以及测试闷晒式太阳能集热箱效率和性能，完成相关实验报告。 第三环节，学生对制作的作品与研究的成果进行展示、汇报和交流，教师总结评价，实例分析，并作适当的拓展延伸。学生课后完成课题研究结题报告，小结学习包的学习情况。七、教学案例（一）问题探讨1、学生方面所做的准备•学生分组：以自愿结合为原则，每4〜6人分为一组。•角色和任务分工：根据自身的特点，学生自主选择和承担对应子课题的各项任务。每组可设资料搜集员，整理员、展示员,实验员、制作发明员、组长（兼）等。•课题选题：包括教师指定选题和学生自主选题。教师可根据学生的知识水平和研究能力，可以提供一系列可操作的课题供学生选择，也可以由学生自主选择有兴趣、能操作的课题，然后填写选题意向表。其他课题：需由指导老师主持开题评审会对学牛•课题研究方案进行评审。2、教师方面所做的准备•创设学习的情境：从本节课的生活背景出发，激发学生学习“太阳能利用”的兴趣。•编写课前导学：学生自主学习应考虑时间的合理性，高中生课后作业较多，为了让学生有宽裕的课前自主时间，开展研究性学习。教师应根据具体要求，编写了“课前导学”，在“课前导学”中为学生提供了学法指导，针对所学内容，提供一 些相关的学习方法让学生参考，重在引导学生围绕重点、难点展开思考，发现疑点，提高学习效率。•教师搜集选题意向表：按照学生的意向分组，最后宣布分组名单。•评价方式：成立课题评审团。由每个课题组的一名代表和指导老师组成评审团，一方面对学生开题报告进行评审，另一方面以投票方式对各组交流展示的成果进行评议。根据成果交流情况评出各奖项，进行表彰和鼓励，点评并提出改进意见。（二）实践探究•各课题组制定研究方案，自主开展研究活动。学生可以到阅览室、图书馆或通过上网查阅太阳能能源的相关资料，了解太阳能这一新型能源的开发和利用情况。也可以实验探究影响太阳能转化为热能效率的因素、上海地区太阳辐射的特点以及测试闷晒式太阳能集热箱效率和性能。还可以利用太阳能的相关知识，进行小制作，小改造和小发明。作品可以是制作模型，也可以绘制设计图，讲解设计思路和科学原理等。•以课题组为单位，归纳整理收集到的信息资料，将研究结果以word,Powerpoint>flash>网页、作品等形式加以总结，便于小结交流。（三）交流小结1、学生分组交流各自课题的研究结果（以下课题供参考，详见附录）•子课题1:太阳能利用的相关知识包括：1）太阳能的含义2）太阳辐射与太阳常数 3）太阳能的优缺点4）太阳能的利用途径5）太阳能利用所涉及的技术问题6）太阳能利用的发展史等。•子课题2：太阳能的热利用1）太阳能热利用在生活中的应用搜集并展示有关太阳能热利用的产品或图片，让学生充分认识到太阳能热利用就在生活中。例如：太阳灶，太阳能干燥器，太阳能温室，太阳房等。2）实验探究◊研究影响太阳能转化为热能的效率因素（见课本P112页），填写《探究太阳能利用效率活动任务单》，完成探究任务。◊研究上海地区太阳辐射的特点（见课本P114）,设计并填写《研究上海地区太阳辐射特性活动任务单》，完成探究任务。3）小制作、小发明参考◊简易闷晒式太阳能集热箱的制作参考：研究不同颜色的材料对太阳辐射吸收的状况，思考如何合理利用太阳能（见课本P115）o用DIS温度传感器测试自制的闷晒式太阳能集热箱的效率和性能，与其他小组的作品比一比谁的集热箱的性能更好。◊简易太阳灶的制作参考 ◊简易太阳能热水器的制作参考：思考采取哪些措施可以提高热水器的热水温度和出水量。◊太阳能热水瓶的制作参考。4）调查研究向家长或安装太阳能系列产品的家庭或单位进行调查访问活动，比较太阳能热水器、电热水器、燃气热水器在使用中的优缺点。•子课题3：太阳能发电1）太阳能发电在生活中的应用搜集并展示有关太阳能发电的产品或图片，让学生充分认识到太阳能发电就在生活中。例如：太阳能计算器、太阳能灯系列（草坪灯、观景灯、路灯、交通灯）、太阳能时钟、太阳能汽车、太阳能自行车太阳能发电厂、太阳能卒调器、太阳能电视机、太阳能换气扇、太阳能收音机、太阳能电话机、太阳能照像机等。2）太阳能电池介绍包括太阳能电池的种类，原理、太阳能电池的应用和发展，国内、国外对太阳能电池的研究等，详见附录。3）小制作、小发明参考自己设计几个用太阳能电池供电的电路，画出电路原理图，寻找材料并动手制作。如太阳能小车，太阳能凉帽、太阳能风车、太阳能石英钟。也可以创作广告，画，歌曲、诗词、小品（但一定要和主题相关）。◊太阳能凉帽的制作参考。 ◊太阳能石英钟的制作参考。◊太阳花的制作参考。◊太阳能模型赛车的制作参考。◊风能、光能两用发电机组的制作参考。4）调查研究通过搜集资料，比较太阳能发电，与水力发电、火力发电的优缺点。1）太阳在一年时间内向外辐射能量约为多少?2）地球平均每年接受的太阳的能量是多少？解：1）建立太阳的辐射物理模型太阳在一年内向外辐射的能量E2）理解“太阳常量”的概念：将地球接受太阳能量的面积等效替代为一个半径为地球半径的截面的面积。4a拓展延伸介绍几个主要的国内外太阳能网站的地址，激发学生利用与开发太阳能的兴趣，增强保护环境、节能的使命感。 附录附1:子课题资料参考子课题1:太阳能利用的相关知识一、太阳能的含义太阳内部进行着由氢聚变成氨的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射能量，这就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应可以维持很长时间，据估计约有几十亿至几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的。太阳能是最重要的基本能源，不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射能，而且包括像所有矿物燃料能、水能、风能、海洋能、潮汐能等间接的太阳能资源，还应包括通过绿色植物的光合作用所固定下来的能量即生物质能。现在广泛开采并使用的煤炭、石油、天然气等等，也都是古老的太阳能资源的产物，即由千百万年前动、植物木体所吸收的太阳辐射能转换而成的。水能是由水位的高差所产生的，由于受到太阳辐射的结果，地球表面上（包括海洋）的水份被加热而蒸发，形成雨云在高山地区降水后，即形成水能的主要来源。风能是由于受到太阳辐射的强弱程度不同，在大气中形成温差和压差，从而造成空气的流动所产生的。海洋能主要包括波浪能和海水温差能，后者可以利用一般海水表面的“高温”（与大气温度基本相同）和海水表面以下数十米处的“低温”（一般在7〜10°C）之间的温差，用低温差发电机发电。潮汐能则是由于太阳和月亮对于地球上海水的万有引力作用的结果。总之，严格地说来，除了地热能和原子核能以外，地球上的所有其他能源全部来口太阳能。这也称为“广义太阳能”，以便与仅指太阳辐射能的“狭义太阳能”相区别。二、太阳辐射与太阳常数 1）太阳辐射能和到达地球的太阳能整个太阳每秒钟释放出来的能量是无比巨大的，高达37.3x106兆焦，相当于每秒钟燃烧1.28亿吨标准煤所放出的能量。太阳辐射到达地球陆地表面的能量，大约为17万亿千瓦，仅占到达地球大气外层表面总辐射量的10%o即使这样，它也相当目前全世界一年内能源总消耗量的3.5万倍。2）太阳常数太阳常数是指在太阳地球间平均距离外，在地球人气层以上垂直于太阳光线的平面上，单位面积，单位吋间内的太阳辐射能的数值，该数值是个常数，一般取1367瓦/米2。由于通过地球外大气层吸收反射，太阳光到达地面的辐射强度大大降低。三、太阳能的特点1、太阳能资源的优点：与常规能源相比较，太阳能资源的优点很多,并且都是一般的常规能源所无法比拟的。概括起来，可以归纳为以下四个方面：1）数量巨大：每年到达地球表面的太阳辐射能约为130万亿吨标准煤或3600Q,即约为目前全世界所消费的各种能量总和的1X104倍。2）时间长久：根据天文学的研究结果，可知太阳系已存在大约50亿年左右。太阳能的根源是在太阳内部的高温（〜2X107K）和高压（〜3X1016P&）条件下进行的市四个氢原子核聚变成一个氨原子核的热核反应。根据目前太阳辐射的总功率以及太阳上氢的总含量进行估算，尚可继续维持1011年之久。对于人类存在的年代来说，确实可以认为是“取之不尽，用之不竭”的。3）普照大地：太阳辐射能“送货上门”，既不需要开采和挖掘，也不需要运输。普天之下，无论大陆或海洋，无论高山或岛屿，都“一视同仁”o既无“专利”可言，也不可能进行垄断，开发和利用都极为方便。 4）清洁安全：太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称。它不仅毫无污染，远比常规能源清洁；也毫无危险，远比原子核能安全。2太阳能资源的缺点太阳能资源虽然具有上述几方面常规能源所无法比拟的优点，但也存在着相当严重的缺点和问题，主要有以下三个方面：1）分散性：到达地球表面的太阳辐射能的总量尽管很大，但是能流密度却很低。平均说来，北冋归线附近夏季晴天中午的太阳辐照度最大，约为1.l~1.2kW-m-2,即投射到地球表面lm2面积上的太阳能功率仅为lkW左右；冬季大致只有一半，而阴天则往往只有1/5左右。因此，想要得到一定的辐射功率，就只有两种可行的办法：或者使采光面积增大，或者使采光面的集光比增大（即提高聚焦程度）。但是前者将需占用较大的地面，而后者则会使成本大大提高。2）间断性和不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴阴云雨等随机因素的影响，太阳辐射既是间断的又是不稳定的。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的独立能源，就必须很好地解决贮能问题，即把晴朗白天的太阳辐射能尽量贮存起来以供夜间或阴雨天使用。但就目前而论，贮能恰好是太阳能利用中最薄弱的环节之一。3）效率低和成本高：就太阳能利用的目前发展水平来说，有些方面虽然在理论上是可行的，技术上也是成熟的，但是因为效率普遍较低，成本普遍较高，所以经济性较差，还不能（至少不容易）与常规能源相竞争。在今后相当长的一段时期内，太阳能利用的进一步发展,或是大规模的推广使用，主要受到经济性的制约。因此，当前的研究重点之一，就是尽可能地提高效率和降低成本，加强经济上的竞争力。四、太阳能的利用途径 太阳辐射能的直接利用，基本上有四种方式。1、光一热转换光热转换的基本原理是将太阳辐射能收集起来，利用温室效应来加热物体而获得热能。这是目前技术最为成熟、成本最为低廉、因而应用最为广泛的形式。例如地膜、大棚、温室等。目前使用较多的太阳能收集装置有两种：一种是平板型集热器，例如太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸億器以及箱式太阳灶等；另一种是聚焦型集热器，例如太阳能开水器、太阳能理疗器以及反射式太阳灶、高温太阳炉等。2、光一电转换光电转换即将太阳能转换成电能。目前，太阳能发电有两种方式:光一热…电转换方式：利用太阳辐射热能发电，一般是由太阳能集热器将吸收热后产生的蒸汽，驱动汽轮机发电，其中后一过程与火力发电一样。太阳能热发电的缺点是效率低而成木高，其成木至少比普通火电站高5~10倍。光一电直接转换方式：其基本原理是利用光生伏打效应，将太阳辐射能直接转换成电能。光一电转换的主要装置就是太阳能电池，它适用于电子仪表、光电信号器件、无人中继站、高山气象站、人造卫星、宇宙飞船等，尤其可以分散在边远山区、沙漠、海岛和农村使用,以节省一些造价很高的输电线路。3、光一化学转换利用太阳辐射能直接分解水制氢，是一种很有前途的光一化学转换方式。另外，利用太阳能中的紫外线处理不能降解的“白色污染”—塑料包装，大大降低了治理费用。4、光一生物质转换 主要是通过地球上众多植物的光合作用，将太阳辐射能转化为生物质能。其中大面积培植速生薪柴林，平均每年可以增高lm以上，不仅可以人人改善陆地绿化状况，减少人气污染，而且还可供给广大农村和偏远地区的炊事和牛活用能。特别是，利用秸秆的气化燃烧，还可以用来进行小规模发电，满足家庭用电需要。此外，在海洋上大面积繁殖藻类，更可以解决全球日益增长的食品需要，尤其是补充蛋白质的不足，都将对于保证人类社会能够健康、平稳地可持续发展作出巨大的贡献。五、太阳能利用所涉及的技术问题根据太阳能的特点，必须解决以下四个基本技术问题，才能有效地加以利用。1、太阳能采集2、太阳能转换3、太阳能贮存4、太阳能输运太阳能开发利用是当今国际上一大热点，经过最近20多年的努力，太阳能技术有了长足进步，太阳能利用领域已由生活热水，建筑采暖等扩展到工农业生产许多部门，人们已经强烈意识到，一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代一一太阳能时代即将来到。六、太阳能利用的发展子课题2：太阳能的热利用小制作.小发明参考简易闷晒式太阳能集热箱1、制作简单的太阳能集热箱，研究不同颜色的材料对太阳辐射吸收的状况，思考如何合理利用太阳能。（见课本P115）2、用DIS的温度传感器测试自制的闷晒式太阳能集热箱的效率和性能，与其他小组的作品比一比谁的集热箱的性能更好。3、将自制的太阳能集热箱改造成简易太阳能热水器，思考釆取哪些措施可以提高热水器的热水温度和出水量。 简易太阳灶取一只大号的汤碗，将香烟锡箔纸展开贴在汤碗内，用金属汤勺的勺背把锡箔纸的皱折压平。在碗底正中，挖去一块锡纸，将挂衣帽的塑料吸盘衣帽钩的吸盘放在该处，压出气体把碗底牢牢吸住，再用夹钳把金属钩扳直。实验时，把这只贴满锡箔纸的汤碗正对太阳，阳光反射后会聚一点，用小纸片沿碗的半球面的轴线方向移动，光斑最小处就是焦点。在扳直的衣钩上戳一块土豆，使其正在焦点上，不久就烤熟。若取一根火柴，把火柴头放在焦点，不一会儿即见冒烟自燃。若用大铁锅来取代碗效果更好。简易太阳能热水器结构如图所示。小容器B套在大容器A里，它们之间隔有空气，有条件时，最好将其中的空气抽掉或垫上石棉等保温材料，效果更好。“3”是垫在水底的黑绒布，“4”是在玻璃内表面贴上的一层金箔纸（可取自香烟盒）。太阳光透过玻璃“1”、“2”，射到水中及黑绒布“3”上，黑绒布吸热使底部的水温升高,周围金箔纸反射光和热，随着时I'可延长，通过对流作用，B内的整箱水都变为热水。图中B内的水比玻璃盖“2”略高，是为了防止“2”上生水珠，影响光线进入，盖上玻璃盖“1”是为了防止外界空气流动带走热量，B下以支架支撑，是为了防止热量通过容器A传导出去。进水口处使用活动浮塞，既能使水自动流入B内，又能将管口封住，防止热量的损失。太阳能热水瓶的制作这个实验器初看像个开了膛的保温瓶，但仔细看，它跟保温瓶的 结构大不相同，功能也完全不同，其内部结构如图所示。器具外壳的内壁上覆有反射涂层，其心脏部分是一个真空集热管。真空集热管有点像保温瓶胆，从外面看是透明的，太阳光可以射入，但内层玻璃的外表面涂有特殊的能量吸收层，照射在上面的太阳能基本上都被吸收，而且集热管像保温瓶胆…样被抽成真空，所以能有效吸收太阳能。在该器具的集热管内可以烧水和煮熟各种食物等。子课题太阳能发电小制作、小发明参考口己设计几个用太阳能电池供电的电路、寻找材料并动手制作，如太阳能小车，太阳能凉帽、太阳能风车、太阳能石英钟并介绍电路原理图、实物、制作与使用过程中的体会。或亲手创作广告，画，歌曲、诗词、小品（但一定要和主题相关）。 太阳能凉帽的制作器材：太阳能电池一组、多用电表一只、导线若干；太阳能凉帽套件（包括凉帽、太阳能电池、电动机、风扇叶片、导线、螺钉等）;电烙铁（包括松香和焊锡）、镀子、螺钉旋具、射灯（或电灯）若干等。操作：①仔细观看实物，看看太阳能电池组由几块太阳能电池板组合而成，它的正负极在哪里?思考为什么将太阳能电池板和风扇放置在这些位置?②参照实物画出太阳能凉帽的电路图。③动手制作并思考太阳能凉帽在制作和使用过程中存在的缺点,考虑应怎样改进。太阳能石英钟的制作.-ai.器材：太阳能电池一组、石英钟一只、导线若干；电烙铁（包括松香和焊锡）等。①参照实物画出太阳能石英钟的电路图。②动手制作并思考太阳能石英钟在制作和使用过程中存在的缺点，考虑应怎样改进。太阳花的制作把太阳能电池与电子钟的机芯和玫瑰花、仿真蝴蝶等巧妙地结合起来，将此装置放在窗台上，只要有很弱的阳光照射，就能驱动机芯旋转，旋转周期约为lmin,蝴蝶就会在花的周围翩翩起舞，栩栩如生，赏心悦目。 太阳能模型赛车将太阳能电池、电动机、车轮、传动机构组装成一辆模型赛车，在阳光充足的室外场地进行的直线行走、走曲线撞物的赛车比赛，也可在室内仿日光条件下进行比赛。比赛规则：车的结构大小不限，但不能使用普通电池和蓄电池，只靠一片太阳能电池利用太阳光产生的电流获得动力。思考：你制作的太阳能模型赛车在比赛时表现如何?怎样改进?风能.光能两用发电机组的制作如图所示，将太阳能电池和风力发电机巧妙地结合在一起，有阳光，没有风时它能发电；有风，没有阳光时它也能发电。当然两者都具备时更能发电。还可以通过变换，利用太阳能带动叶轮转动，成为一台太阳能电扇，这时''发电机〃成了电动机。附2：太阳能电池的介绍（1）太阳能电池的原理。太阳能电池是由半导体材料制成的，它利用材料内部的光生伏打效应产生电势差，构成电源。 半导体材料硅是+4价元素，有4个价电子。当掺入少量杂质元素磷后，若干个硅原子中会有一个被+5价的磷原子所替代（图1）,这时它就多余一个价电子，成为自由电子，这种有多余自由电子的半导体叫做N型半导体。半导体硅中掺有+3价杂质元素硼之后，同样会出现一个硅原子被硼原子替代的情况（图2）。由于硼是三价的，这时它就缺少一个价电子，即多余一个空穴，这种半导体导电吋呈空穴迁移的形式，即一个别处的电子进入一个空穴时，相当于一个带正电的空穴迁移到別处，这种半导体叫做P型半导体。图1n型半导体图2P型半导体当一块硅片一面制成N型半导体，另一面制成P型半导体时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层（图3）,界面的P型一侧带负电，N型一侧带正电。这是由于P型半导体多空穴，N型半导体多自由电子，出现了浓度差。N区的电子会扩散到P区，P区的空穴会扩散到N区,一旦扩散就形成了一个由N指向P的''内电场〃, 从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层，这个薄层叫做空间电荷区。太阳能电池就跟半导体的这种结构有关。如图4所示，当能量大于某一值的入射光子进入P-N结时，材料吸收光子后产生一组一组的电子-空穴对，自由电子被内电场加速后进入N区；同理，N区的空穴也被内电场加速后进入P区，于是所产生的电子和空穴被分离到两边形成电荷累积。P型一侧带正电，N型一侧带负电，从而形成电势差。对外相当于一个电源，一旦外电路接上负载电阻，就能形成电流。P空厨电材区N图3刃％©®❸！|£(J…1血」丄・eeee1oimix图4(2)太阳能电池的种类。目前，太阳能电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶态硅三种。单晶硅太阳能电池转换效率最高，可达20%以上，但价格也最昂贵；非晶态硅太阳能电池转换效率最低，但价格最便宜。 (2)太阳能电池的发展。目前，效率最高的太阳能电池，能将36%的入射太阳能转变成电能。与此相比，现有的大多数太阳能电池的效率只有10%—15%。容易折叠的柔性太阳能电池科学家还采用有机材料和无机材料的混合物来制作太阳能电池，研制成功了利用无机纳米棒制作的太阳能电池，提高了电池的光电转换率。它可用在''智能衣服〃上，使人们在散步或晒日光浴时就能对随身听、单放机、掌上电器甚至手机等进行充电。2.师生评价由师牛•组成的评审团以投票方式对各组成果进行评议，根据成果交流情况评出各奖项，进行表彰和鼓励，点评并提出改进意见。3、理解太阳辐射与太阳常数通过实例分析，引入物理模型、等效替代等物理思想，理解太阳辐射和“太阳常量"的概念。例题：太阳内部不停地进行着热核反应（宛核和氟核结合成氮核），同时释放出巨大的能量。地球平均每平方米所接受的太阳能的功率Po=l.353*1023W/m2（即所谓的“太阳常量”），若将这一功率视为在地球上垂直于太阳光线方向射到地球表面上的能量，已知太阳到地球的距离d=l.5*10%地球的半径R=6.4*10k,求: