资源简介

3 太阳能
教案
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一、学情分析
太阳能热水器已经走进千家万户，太阳能电池、太阳能路灯也是学生心存疑惑急于探究的问题。上节原子核和核能的学习，对于太阳能的学习有很大帮助。本节内容由“太阳——巨大的‘核能火炉’”“太阳是人类能源的宝库”和“太阳能的利用”三部分构成。在此节教学中要尽量关注学生对于能量转移和转化事实的积累和认识，尽量让学生参与以期获得一些规律性知识和结合社会发展的深层次思考，并可以让学生通过“想想做做”的课前小实验和搜集生活中的太阳能事例，感受太阳能的应用前景，培养学生节能环保意识和可持续发展的科学理念。
二、教学目标
1.知道太阳能的由来及其特点；
2.大致了解利用太阳能的方式及其新进展。
三、重点难点
【教学重点】
太阳能的利用。
【教学难点】
太阳是人类能源的宝库。
四、教学过程
【教具准备】无。
第一板块 【创设情境 导入新课】
教师提问：常规能源有什么？可以开发利用的新能源有哪些呢？
答：常规能源有煤、石油、天然气等化石能源和风能、水能等；新能源有核能、太阳能、原子能、地热能、潮汐能等。
教师提问：如果没有太阳，我们的世界会变成什么样子？
（小学课文《太阳》摘录：如果没有太阳，地球上将到处是黑暗，到处是寒冷，没有风、雪、雨、露，没有草、木、鸟、兽，自然也没有人。一句话，没有太阳，就没有我们这个美丽可爱的世界。）
第二板块 【合作交流 探索新知】
1.太阳
【学生带着以下问题自主阅读教材】
（1）地球距太阳有多远？
（2）太阳的直径、体积、质量是地球的多少倍？
（3）太阳有多热？
让学生观察太阳结构示意图，了解太阳的结构。
2.太阳能的
教师提问：
（1）太阳的能量是什么？
（2）太阳的年龄是多少？它还能燃烧多少年？
在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能。因此可以讲，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，太阳就像一个巨大的“核能火炉”。
太阳至今已经稳定地“燃烧”了近50亿年，而且还能继续“燃烧”50亿年。
太阳表面温度约6 000℃，就像一个高温气体组成的海洋。大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射开去。
3.太阳是人类能源的宝库
太阳向外辐射的能量中，只有约二十亿分之一传递到地球。太阳光已经照我们的地球50亿年。我们今天利用的大部分能量实际于这50亿年积累的太阳能。
教师提问：化石能源是怎么形成的？跟太阳能有什么关系？煤、石油、天然气归根结底是什么转化而成的？（引导学生分析煤、石油、天然气的形成过程，使学生认识到这些化学能源实际于太阳能。）
（1）石油、天然气的形成
远古时期陆地和海洋中的植物，通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能。经过地壳的不断运动，死后的动植物躯体埋在地下和海底。经过几百万年的沉积、化学变化、地层的运动，在高压下渐渐变成了石油、天然气。
（2）煤的形成
远古时期的植物通过光合作用将太阳能转化为生物体内的化学能。经过地壳的不断运动，死后的动植物躯体埋在地下变成泥炭。经过几百万年的复杂变化，变成了煤。
今天我们开采化石燃料，实际上是在开采上亿年前地球接收的太阳能。
太阳是地球的“能源之母”。
分析风能、水能等能源的形成过程，帮助学生理解这些能源是怎么于太阳能的？
（4）人类的日常生活，也无法离开阳光。
人类利用的大部分能量都是直接或间接于太阳能，万物生长靠太阳。
3.太阳能的利用
教师提问：人类利用太阳能的途径有哪些？
直接利用太阳的方式：光热转换、光电转换。
光热转换：用集热器把太阳能收集起来为人类服务。
分析太阳能热水器的能量转化过程：太阳能转化为内能。
其他光热转换实例：
光电转换：即将太阳能转换成电能。
太阳能发电的途径：热发电、光发电。
热发电就是先用集热器把太阳能变成内能，再通过汽轮机将内能转变为电能。
集热塔加热水，通过水蒸气推动汽轮机发电。定日镜追着太阳转，反射阳光。
光发电就是利用太阳能电池的光电效应，将太阳能直接转变为电能。
4.太阳能的优缺点
教师提问：太阳能有什么优缺点？
第三板块 【随堂练习 巩固基础】
例1.市场上有一种装有太阳能电扇的帽子，如图所示，它在阳光的照射下，电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意。该装置的能量转化情况是：（　B　）
A．太阳能→机械能→电能
B．太阳能→电能→机械能
C．机械能→太阳能→电能
D．电能→太阳能→机械能
例2.太阳能属于　可再生 （填“可再生”或“不可再生”）能源。在地球上阳光充足的地方，1 m2的面积每年获得的太阳能可达4.2×109 J。这些能量相当于　1.4×105 g焦炭完全燃烧放出的热量（焦炭的热值为3.0×107 J/kg）。
例3.某品牌太阳能热水器的光热转换效率为50 %，该太阳能热水器内装有100 kg、温度为20 ℃的水，阳光照射一天后，水温长高到70 ℃，则热水器内的水吸收了　2.1×107 J的热量，热水器接收　　 4.2×107 J太阳能。
例4.早期的风光互补发电巧妙利用太阳光强时风速小，光弱时风速大的自然特点，使风能、光能互补，从而基本保证发电功率稳定。
（1）风能和光能都于 太阳能 ，属于 可再生 能源（选填“可再生”或“不可再生”）。若太阳光弱的时候风速小 不能 （选填“能”或“不能”）实现风光互补发电。
（2）风机功率和风速的三次方成正比，风速加倍，其功率增加到原来的 8 倍。光伏功率和光的辐射量有关，单位面积光能的功率叫光的辐射量，其单位是　W/m2 。
（3）用风光互补发的电对额定功率P的用电器供电，风机功率为P1， 光伏功率为P2，当P1 +P2 = P ，用电器正常工作。如图是某风光互补发电系统一段时间内功率变化的图线，在 11 （选填“ 9 ”或 “ 11 ”）点钟左右，光伏功率最大。
例5.小明为了探究太阳光的辐射情况，分别用水和细沙做实验，用一底面积为0.1 m2的方形水槽装了3 kg水，在中午的太阳光下照射30
min，水的温度升高了5 ℃。若实验不计热量损失，已知水的比热容为4.2×103 J/（kg ℃），细沙的比热容为0.7×103 J/（kg ℃），试求：
（1）水吸收的热量是多少？
设每平方米水面上、平均每小时太阳辐射的热量为N，则N是多少？
将水槽中的水倒掉，然后平铺上3 kg的细沙，在中午的太阳光下照射20 min，细沙的温度能升高多少？
第四板块 【明辨易错 精准理解】
1. 关于太阳能的下列说法中，错误的是（　A　）
A．太阳能十分巨大，供应时间长久，目前太阳能的转换率也很高
B．太阳内部不停地进行核聚变，以热和光地形式向外辐射核能
C．太阳能安全、清洁，利用太阳能不会给环境带来污染
D．太阳能分布广阔，获取方便，既无需挖掘开采，也无需运输
第五板块 【当堂检测 及时反馈】
1.我们都知道地球上几乎所有能源都来自太阳，下列哪组能源都不是来自太阳的（　B　）
A．核能 风能 B．地热能 潮汐能C．水能 地热能 D．潮汐能 生物质能
2.下列关于太阳能的利用说法正确的是（　A　）
A．绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能B．太阳能热水器通过做功方式将太阳能转化为水的内能
C．太阳能交通信号灯将太阳能直接转化为信号灯的光能
D．太阳能飞机将太阳能直接转化为飞机的机械能
3.如图是一款太阳能座椅，椅子顶部安装的硅光电池板，可储备能量供晚间使用。下列说法正确的是（　B　）
A．硅光电池板是由超导材料制成的
B．硅光电池板可以将太阳能转化为电能
C．太阳能于太阳内部氢核的裂变
D．太阳能属于不可再生能源
4.太阳能是在太阳内部，氢原子核发生　聚变　（选填“裂变”或“聚变”），释放出的核能。太阳能属于　 　 可再生 （选填“可再生”或“不可再生”）能源。某太阳能热水器能使100 kg的水温度由室温升高50 ℃，那么这些水吸收的热量为 2.1×107 J，这些热量相当于完全燃烧　0.5　m3天然气所放出的热量[水的比热容为4.2×103 J/（kg ℃） 天然气的热值4.2×107 J/m3]。
太阳能路灯的灯杆顶端是太阳能电池板，它能将太阳能转化为电能，并向灯杆下方的蓄电池充电，将电能转化为化学能储存起来，供夜晚路灯照明。若在一定时间内，太阳光辐射到该太阳能电池板的能量为 2.7×107 J，这与完全燃烧　0.9　kg的煤放出的热量相当；若该太阳能路灯的能量转化效率是24
%，则这些能量经转化后，可供额定功率为30 W的路灯正常工作 6 h（煤的热值为3.0×107 J/kg）。
6.如图所示是利用太阳能电源工作的一种新型动力车，它上面的太阳能接收板的有效面积为8 m2，天气晴朗且接收板正对阳光时，每平方米面积上每秒钟能接收到太阳辐射的能量为1000 J。太阳能电池将太阳能转化为　电 能；电动机正常工作时，将电能主要转化为 机械 能，若转化效率是80 %，且该车沿水平路面匀速行驶时所获得的牵引力是150 N，则该车匀速行驶的速度　42.67　m/s。
7.我国幅员辽阔，日照充足，一年可获得的太阳能约为3.6×1022 J，求：
（1）这些太阳能相当于多少吨标准煤完全燃烧释放的能量？（已知标准煤的热值q煤= 3×107 J/kg）
（2）某太阳能集热器把质量为100 kg、初温为20 ℃的水加热到80 ℃， 水吸收的热量是多少？[已知水的比热容c水= 4.2×103 J/（kg ℃）]
（3）如果这些水吸收的热量改用额定功率为3000 W的电热水器来提供，电热水器需正常工作多长时间？（假设加热过程中消耗的电能全部被水吸收）
第六板块 【拓展延伸 能力提升】
1.太阳能热水器（图甲）是将太阳光能转化为内能的加热装置。我国太阳能资源分布的主要特点有：太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心。青藏高原平均海拔高度在4000 m以上，大气层稀薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。四川盆地雨多、雾多，晴天较少。
　（1）在倡导“节能环保”“低碳生活”的今天，人类应特别重视下列哪种能源的利用 A 。　　
A．太阳能 B．煤炭
C．石油 D．天然气
（2）青藏高原是太阳能高值中心的原因是什么？　
答：大气层稀薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。　
（3）如图乙是热水器“说明书”中的插图，反映了整桶水变热的原因。请你从物理学的角度为此图配一段文字说明。　
答：冷水密度大，进入集热管向下运动，吸收热量后变成热水，密度变大，向上运动，进入贮水箱。　
（4）如图丙为单管太阳能热水器安装简图。控制
热水的阀门（相当于电路中的开关）应该安装在图中的 B 处。如果热水用完了，为了向贮水桶中
添加冷水，阀门应该在 A 处。
（5）单管太阳能热水器的设计尚有诸多缺陷，比如：只有一个进出口；阴雨天气或冬天水温较低；向桶中加冷水时难以判断水位，导致冷水常会溢出造成浪费等等。请你对其中任一缺陷进行改进设计。
答：只有一个进出口，改成双管，冷热分流；阴雨天气或冬天水温较低，可以加辅热；为了避免冷水常会溢出造成浪费，可以安装水位报警器。
第七板块 【总结反思 知识内化】

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