初中物理知識點-“江南聯(lián)賽”一等獎

太陽能【學習目標】1．初步認識太陽的結構，知道太陽能是人類能源的寶庫；2．大致了解太陽能的利用方式；3．能保持對大自然的好奇，初步領略自然現(xiàn)象的美妙與和諧，對大自然有親近、熱愛、和諧相處的情感；4．具有對科學的求知欲，樂于探索自然現(xiàn)象和日常生活中的物理學道理，有將科學技術應用于日常生活、社會實踐的意識。

【基礎知識精講】1．太陽是巨大的“核能火爐”。你知道太陽的結構嗎？太陽由太陽大氣、對流層、輻射層、太陽核心組成。我們知道原子核發(fā)生聚變時，將釋放出更大的核能。太陽核心的溫度高達1500萬攝氏度，氫原子核在超高溫下發(fā)生聚變，釋放出巨大的核能。因此，太陽核心每時每刻都在發(fā)生氫彈爆炸，比原子彈爆炸的威力更大。太陽核心釋放的能量向外擴散，經(jīng)過數(shù)千年的時間傳送到太陽表面。太陽表面的溫度約6000℃，就像一個高溫氣體組成的海洋。大部分太陽能以熱和光的形式向四周輻射出去。太陽這個巨大的“核能火爐”已經(jīng)穩(wěn)定地“燃燒”了50億年。目前，它正處于壯年，要再過50億年它才會燃盡自己的核燃料。那時，它可能膨脹成為一個巨大的紅色星體…2．太陽是人類能源的寶庫．太陽向外輻射的能量中，只有五億分之一傳遞到了地球，其中又只有不到一半被地球接收。太陽光已經(jīng)照射著我們的地球50億年了。地球在這50億年中積累的太陽能是我們今天所用大部分能量的源泉。照射在地球上的太陽能非常巨大，大約40分鐘照射在地球上的太陽能，便足以供全球人類一年能量的消費?？梢哉f，太陽能是真正取之不盡、用之不竭的能源。煤、石油、天然氣是地球給人類提供的最主要的一次能源。然而，這些化石燃料的“年齡”都有上億年了，遠古時期陸地和海洋中的植物，通過光合作用將太陽能轉化為生物體的化學能。在它們死后，軀體埋在地下和海底腐爛了。滄海桑田，經(jīng)過幾百萬年的沉積、化學變化、地層的運動，在高壓下漸漸變成了煤和石油。在石油形成過程中還放出天然氣。今天，我們開采化石燃料來獲取能量，實際上是在開采上億年前地球所接收的太陽能。3．太陽能的利用．人類除了間接利用存儲在化石燃料中的太陽能外，還設法直接利用太陽能。目前直接利用太陽能的方式有兩種，一種是用集熱器把水等物質加熱，另一種是用太陽電池把太陽能轉化成電能。你有興趣的話，來做做下面這個小制作：在一個黑色的盤子和一個白色的盤子中分別注入約1cm深的冷水，用溫度計測量水的初溫，用塑料紙或玻璃板蓋在盤子上，然后放在陽光下曬一個小時，移開蓋板，再測這時的水溫，我們會發(fā)現(xiàn)，黑色盤子中的水溫會比白色盤子中的水溫高。這是因為黑色物體更容易吸收太陽光的能量。我們制作的這個裝置就是太陽集熱器。太陽集熱器是用來把太陽輻射能轉化為熱能，再把水或其他介質加熱，或轉化為其他形式的能量加以利用。圖16－10簡單的平板型集熱器，由一塊金屬板（銅、鋁、鋼板等）構成。如圖16－10所示。朝太陽的一面處理成吸收系數(shù)大的黑色表面，以充分吸收太陽的輻射能。當水流過金屬板背面時，金屬板吸收的太陽能就把水加熱。為了充分把收集的太陽熱量傳給介質。金屬板朝太陽的一面，裝上一層或多層玻璃或塑料板，背面和四周加保溫設備，以減少熱量損失，保持一定的加熱溫度。平板型集熱器可用于加熱水、咸水淡化、房屋采暖、干燥以及制冰等。除了平板型集熱器外，還有聚光式集熱器。聚光式集熱器常用透鏡、拋物面反射鏡或多塊平面反射聚光鏡。作為獲得能量密度較高的收集器，可以獲得上千度的高溫。太陽能的另一種大型集中的利用就是太陽能發(fā)電。太陽能發(fā)電絕對干凈、不產生公害。所以太陽能發(fā)電被譽為是最理想的能源。從太陽能獲得電力，需通過太陽電池進行光電變換來實現(xiàn)。它同以往其他電源發(fā)電原理完全不同，具有以下特點：（1）無枯竭危險；（2）絕對干凈（無公害）；（3）不受資源分布地域的限制；（4）可在用電處就近發(fā)電；（5）能源質量高；（6）使用者從感情上容易接受；（7）獲取能源花費的時間短。不足之處是：（1）照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積；（2）獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。但總的說來，瑕不掩瑜，作為新能源，太陽能具有極大優(yōu)點，因此受到世界各國的重視。太陽能電池的成本較高，而且每個太陽能電池產生的電壓較低，目前只有航天工業(yè)大量使用太陽能電池，日常生活中僅用于計算器、手表等耗電少、工作電壓低的物品。要使太陽能發(fā)電真正達到實用水平，一是要提高太陽能光電變換頻率并降低其成本，二是要實現(xiàn)太陽能發(fā)電同現(xiàn)在的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。目前，太陽能電池主要有單晶硅、多晶硅、非晶態(tài)硅三種。單晶硅太陽能電池變換效率最高已達20%以上，但價格也最貴。非晶態(tài)硅太陽能電池效率最低，但價格最便宜，今后最有希望用于一般發(fā)電的將是這種電池。一旦它的大面積組件光電變換效率達到10%，每當發(fā)電設備價格降低到10～20元，便足以同現(xiàn)在的發(fā)電方式競爭。當然，特殊用途和實驗室中用的太陽能電池效率要高得多，如美國波音公司開發(fā)的砷化鎵半導體同銻化鎵半導體重疊而成的太陽電池，光電變換效率可達36%，快趕上了燃煤發(fā)電的效率。但由于它太貴，目前只能限于在衛(wèi)星上使用。

【學習方法指導】分類法分類法是日常生活中最常用的方法之一，有時我們已經(jīng)將遇到的事物不自覺地分類了，只是沒有意識到。超市里的商品需要分類，動植物需分類，萬事萬物都應分類，才能做到心中有數(shù)、條理清楚。我們將知識進行分類．用的時候才能又快又準地從儲存的知識中找到。例如，我們用分類法將以下知識列成知識樹：你還可以用分類法將以前每節(jié)知識結構寫出，這樣在總結、分析、存儲知識時會達到事半功倍的效果。

【知識拓展】1．太陽能發(fā)電的應用現(xiàn)在美國、日本等發(fā)達國家已制定了相應法律，保證進行太陽能發(fā)電的家庭利益，鼓勵家庭進行太陽能發(fā)電。日本已于1992年4月實現(xiàn)了太陽能發(fā)電系統(tǒng)同電力公司電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，已有一些家庭開始安裝太陽能發(fā)電設備。據(jù)日本有關部門估計日本2100萬戶個人住宅中如果有80%裝上太陽能發(fā)電設備，便可滿足全國總電力的30%～40%，當前阻礙太陽能發(fā)電普及的最主要因素是費用昂貴。美國德州儀器公司和SCE公司宣布，他們開發(fā)出了一種新的太陽電池，每一單元是直徑不到1mm的小珠，它們密密麻麻地分布在柔軟的鋁箔上，就像許多蠶卵緊貼在紙上一樣。在大約50cm2的面積上便分布有1700個這樣的單元。這種新電池的特點是，雖然變換效率只有8%～10%，但價格便宜。而且鋁箔底襯柔軟結實，可以像布帛一樣隨意折疊且經(jīng)久耐用，掛在向陽處便可發(fā)電，非常方便。2．太陽能發(fā)電的前景太陽能發(fā)電有更加激動人心的計劃。一是日本提出的創(chuàng)世紀計劃。準備利用地面上沙漠和海洋面積進行發(fā)電，并通過超導電纜將全球太陽能發(fā)電站聯(lián)成統(tǒng)一電網(wǎng)以便向全球供電。據(jù)測算，到2000年、2050年、2100年，即使全用太陽能發(fā)電供給全球的能源，占地也不過為萬平方千米、萬平方千米、萬平方千米。最多才占全球海洋面積的%或沙漠面積的%，甚至才是撒哈拉沙漠的%。因此這一方案是有可能實現(xiàn)的。另一種是天上發(fā)電方案。早在1980年美國宇航局和能源部就提出在空間建設太陽能發(fā)電站的設想，準備在同步軌道上放一個長10km，寬5km