初中物理综合实践活动课教案

【太阳能研究】综合实践活动方案
1．综合能力训练要点
①．通过阅读本材料及相关的科技资料，了解太阳能的来源、利用和开发的系统知识，提高搜集、阅读科技信息的能力及综合表述能力。

②．开展本项活动，加强学生了解物理学科与其它学科的联系，提高综合运用知识、分析解决实际问题的能力。

③．通过本项活动，应使学生对太阳能的开发和利用及其对最终解决能源危机的重要性有深刻的认识，实施保护环境、保护地球的德育教育。

④．通过介绍太阳能利用和开发的成就和困难，展望太阳能应用的美好前景，培养学生的创新素质。

2．活动方案设计参考
①．主要内容
本项活动内容与高中物理的许多内容（如能的转化和守恒定律、能源的利用和开发、光的本性、原子和原子核）紧密联系，逐步引申到化学、地理等学科领域。

②．主要活动方式
阅读、查找资料、观看录像或VCD ，讨论、交流
③．大致活动时间
4课时左右。

其中阅读、查找资料1课时，观看录像1课时，分组讨论1课时，交流分组讨论结果1课时。

④．活动前准备
（1）查找、收集相关资料、录像或VCD 等
（2）指导学生自学相关知识及活动资料。

（3）引导学生在讨论的基础上写出发言稿。

⑤．自我测试方法
活动结束后，由学生根据材料及相关学科知识独立完成自我测试题。

3．综合能力训练活动
阅读下面科技资料
太阳能量的来源
太阳是一个炽热的气体球，它的主要成份是氢，在27102⨯17106⨯千瓦小时。

据推算，太阳已有50亿年以上的历史。

试想，即便是有一堆像太阳那么巨大的煤，那也只能燃烧3000年左右。

那么，如此巨大的太阳能，究竟是从哪里来的呢？
科学家们经过长期研究，才逐渐地揭开了这个奥秘。

原来，正由于太阳内部有大量的氢元素，而氢原子的原子核是由一个质子组成的。

由于太阳内部的温度高达2000万摄氏度，所以两个氢原子核就会发生核聚变反应。

太阳内部无时无刻不在进行着这种原子核的聚变反应。

形象地说，太阳就好比是一座以核能为动力而以氢作燃料的极其巨大的能源工厂。

在高温作用下，每4个氢原子核聚变成一个氦原子核，同时释放出大量的光能和热能。

这便是通常所说的热核聚变反应。

在太阳内部不停地进行着这种热核聚变反应，犹如连续发生的氢弹爆炸一样，释放出极其巨大的能量。

这种能量之大，相当于在1秒钟之内爆炸910亿个100万吨（梯恩梯炸药）级的氢弹。

太阳释放出来的能量之所以如此之大，就因为核聚变反应所释放出来的能量远非一般化学反应（包括煤、石油及天燃气燃烧在内）所能比拟，前者所释放出的能量要比后者高出100万倍以上。

例如，用氢通过核聚变反应而合成4克氦所释放出的热量，和燃烧12吨优质煤所得到的热量相当。

太阳能的直接利用
地球上的各种能源中，太阳辐射能（简称太阳能）占着特别重要的地位。

人吃的食物、草木燃料、化石燃料、风力、流水、海流、海洋热能的能量也来源于太阳能。

尽管太阳向四面八方辐射的热量仅有二十二亿分之一到达大气的最高层，并且还有一部分被大气层反射和消耗在加热闹空气上，然而，每秒钟到达地面上的总能量还高达80亿万千瓦。

这一能量是很大的，如果用它来发电，就可以得到比现在全世界发电总量大数万倍以上的电力。

太阳能是地球上可以获得的、能连续供应的最大的能源，真可谓“取之不尽，用之不竭”。

太阳能的利用，有间接利用和直接利用两种形式。

所谓间接利用，就是利用草木燃料、化石燃料、风力、水力、海洋热能、海流动能和各种被固定的太阳能（如沼气、海洋生物）的能量。

就其中的风力来说，风力的进一步利用也能为我们提供很多能量。

风所具有的能量比人类迄今所能控制的能量高得多。

全世界每年燃烧煤得到的能量，还不到风力在同一时间内提供给我们的能量的千分之一。

间接利用太阳能的方法很多，除普通的火力发电、水力发电、风力发电之外，还有海水温差发电、海流发电等等。

这里，我们不谈这些太阳能的间接利用问题，而是着重谈一谈太阳能的直接利用。

太阳能直接利用，基本上有以下三种方式。

一．太阳能直接转换成热能（即“光——热”转换）
“光——热”转换的基本原理是使太阳能聚集，用它来加热某种物体，获得热能。

目前，使太阳能聚集的装置有两种，一种是“平板型集热器”，另一种是“抛物面型反射聚光器”。

太阳能热水器是最常见的聚热器。

这种热水器的转换效率不高，为了取得足够的热能，必须把聚热器的表面做得很大。

现在人们制成了一种“选择性涂层”，涂有这种涂层的聚热器就可以提高“光——热”转换的效率，较小面积的聚热器能够获得较多的热量。

我国市场上出售的太阳能热水器都属于这种类型。

常用抛物面型反射聚光器，有太阳能聚光灶和太阳能高温炉。

它们用抛物面反射镜把太阳光聚集起来，在聚集处能够得到较高的温度。

世界最大的抛物面型反射聚光器（一种太阳能高温炉）有九层楼高，它由九千块小反射镜组成，总面积达2500平方米，焦点处最高温度可达4000C o。

集热器和聚光器的用途很广，也可用于太阳能热发电。

太阳能热发电就是利用太阳能热辐射产生的热能发电。

为了克服夜间和阴天得不到太阳能的问题，人们采用“熔盐储能”的方式，把晴天获得的太阳能储存起来。

当太阳射来的热输入熔盐时，它们便吸热熔化，当它们凝结时，便放出热能。

这样，在夜间和阴天，就可以利用熔盐储存的热能来产生蒸汽，以防发电过程中断。

二．太阳能直接转换成电能（即“光——电”转换）
太阳能热发电不是“光——电”转换，它是“光——热——电”转换。

利用“光电效应”来发电才是“光——电”转换。

太阳电池是利用“光电效应”将太阳能直接转换成电能的装置。

太阳电池有多种，主要有硅电池、硫化镉电池、砷化镓电池等。

现在较常用的太阳电池是硅电池，它的转换效率较高，一般可以达13-17%，在宇宙空间，如卫星上，其转换效率可以提高。

从能源利用前景来看，随着太阳电池制造技术的改进和新的“光——电”转换装置的发明。

“光——电”转换将是利用太阳能较为切实的方式，它必将为人类大规模地利用太阳能开辟道路。

三．太阳能直接转换成化学能（即“光——化”转换）
到目前为止，“光——化”转换是利用太阳能的最主要、最根本的方式。

绿色植物的光合作用就是“光——化”转换过程，但这种“光——化”转换过程不能完全受人控制，是“非完全可控的”能量转换过程，完全可控的“光——化”转换目前只有模拟绿色植物的光合作用才能实现。

如果这种转换实现了，人类生理活动的能源——食物和生产过程的能源都可以通过这一转换得到，它将会象蒸汽机、电子计算机的发明一样，引起科学技术和社会生产的巨大变革。

总的说来，目前对太阳能的直接利用尚处在“原始阶段”，在近期内，太阳能中能作为一种辅助能源来使用。

从长远看，太阳辐射能是人类最基本的能源，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，太阳能既无污染，又能再生，当直接利用太阳能的技术有
了根本改进后，太阳辐射能势必大规模地代替未来的核能，而从根本上改变人类利用能源的状况。

储存太阳能的新技术
太阳能是一种发展潜力很大的新能源。

然而，太阳能的利用受到天气和夜晚的影响，并且往往稍纵即逝，或者时有时无，以致有时想用它却没有，有时又多得用不完。

于是，科学家们“异想天开”，想着要把太阳能也变成像煤、石油、天然气那样，不用时或者一时用不完的时候，能够把它储存起来；或者像蓄电池那样，把能量积蓄起来，随时随地都可以使用。

随着科学技术的发展，储存太阳能已经由幻想变成现实。

现在已经出现了除太阳能电池以外的一些储存太阳能的方法，这些方法有的已被证明是行之有效的，这就为更加充分地利用太阳能创造了有利条件。

目前用得较多的储存太阳能方法，是先将太阳能变成热能，然后再把热能储存在密封而隔热的水池中，供需要时使用。

例如，美国建造的利用太阳能供暖、制冷的装置，在目前来说是世界上规模最大的，它除了能供应8层大楼的暖（冷）气和热水所需的能量外，在阳光充足的时候，还可以将剩余的热量储存在两个容积分别为6800升的水箱中，以便需要时使用。

另外，科学家创造了一种利用新型化合物储存太阳能的方法，使用起来极为方便，不但储能效果好，而且也便于运输转移。

这种化合物受光照射时，便吸收能量。

每1000克这样的化合物能储存385千焦耳的热量，但它本身温度却不会升高。

因此在储存和运输中，其能量不会散失。

一旦将这种化合物同少量的金属银相接触，它就会逐渐释放出所储存的热量而恢复原状，因而可供反复使用。

这种储热化合物适合于暖（冷）气设备及小型发电设备对太阳能的储存。

加拿大科学家发明了一种用氟石储存太阳能的新方法。

它是将氟石装于容器中，然后放在阳光下曝晒。

氟石是一种性能活跃的天然石头，能大量地吸收热量，所以容器中的氟石在曝晒中能够储存许多的太阳能。

再将装氟石的容器转移到需要供暖的房间内，氟石一旦与湿润的空气接触，就能将所储存的太阳能释放出来，使室内的温度升高。

装氟石的容器通常比水暖容器（即暖气包）的体积要小得多，它一次储存下来的太阳能，能够为房间供暖达一周之久。

目前还有一种利用化学反应来储存太阳能的新技术。

它是将太阳光反射到一个有小孔的金属圆筒内，使圆筒内的线圈变热，以促使放在圆筒里的二氧化碳和甲烷发生化学反应，产生包含氢气、一氧化碳气体和蒸汽的混合气体。

可以用管道把这种气体输送到相距10多千米以外的发电站，气体在发电站再通过第二次化学反应，又转变成二氧化碳
和甲烷，并产生900多摄氏度的高温，足以将盐熔化。

这种熔盐能积蓄大量的热，可使锅炉内的水变热而产生蒸汽，推动汽轮发电机组发电。

熔盐中所储存的热量可以保持几个星期之久。

利用化学反应来储存太阳能的优点在于：（1）太阳能反射器可以分散设在不同地区，通过管道将气体输送至汽轮机集中使用；（2）气体的压力低，可用塑料管道输送，成本低，使用安全；（3）无污染。

由于太阳能的应用日益广泛，所以各国科学家都在加紧研究关于如何更加有效地储存太阳能的新技术。

4．综合能力自我测试
1．太阳能作为新能源，其利用前景非常广阔，目前，世界上许多国家在试验和探索太阳能的应用。

（1）太阳能是由于内部高温高压的条件下的核聚变反应而产生的，完成其核反应方
程式：+++→γ224()()()()11e He H 中微子（中微子的质量数和电荷数均为零）
（2）根据上述核反应方程式计算：1千克氢聚变为氦时产生的能量。

已知：氢核的
质量为u 0079.1，氦核的质量为u 0024.4，
kg u 27106606.11-⨯=。

（3）氢弹的制成是从太阳能的产生得到启发的，我国第一颗氢弹爆炸成功是＿＿＿年。

（4）太阳能的优点是 ， ，我国太阳能最丰富的省级行政区是 ，太阳能最少的直辖市是 。

（5）N o '3436一开阔平地上，某房地产公司计划在楼高为20米的楼房北面盖一幢
安装有太阳能热水器的新楼，为了充分利用太阳能，则两楼距离应不小于 米（写出数学表达式），太阳能热水器的采光应朝 面。

2．太阳由于内部的热核反应，每小时损失质量约t 10106.1⨯。

地球与太阳间的距离
为km 8105.1⨯。

求：
（1）太阳每秒发射的光子数为 个。

（1）垂直于阳光的每平方米地面上在三秒钟内可以接受太阳能多少焦耳？
（2）如果绿色植物能吸收10%的太阳能进行光合作用，每小时，1亩绿色植物可以吸收多少太阳能（1亩=667平方米）？
3．利用光电效应可以将太阳能转换成光能，右图
所示，C 为光电管。

（1）电阻R 上的电流方向 。

（2）入射光照射的B 极为光电池的 极
（填正或负）。

（3）要产生光电流，照射光应满足（ ）
A ．光强度足够大
B ．光频率足够大
C ．光照时间足够长
D ．光振幅足够大
（4）若电路中电流为A 10，则每秒从光电管中逸出的光电子数至少为 个。

4．人类探索和开发太阳能的过程体现了什么哲学道理？
5．请你查阅相关资料，总结我国的太阳能的开发和利用情况，并提出自己的建议。