中学物理研究性学习课题方案.doc

渔洲中学物理研究性学习课题方案高二年级一班填表日期： 2011年12月28日课题名称太阳能的利用课题组组长郑晓宏指导教师林育波研究主导课程物理课题组成员及分工（有哪些人参与本课题的研究，各自承担什么工作）课题组成员：组长：郑晓宏组员：林锐颖、纪静仪、蔡丹娜分工：1．每个人上网或上图书馆查询资料，分小组讨论分析；2．联系生物学教学讨论分析；3．再进入下一轮查询资料，讨论分析课题提出的背景（课题是如何提出来的）关于太阳能，我们都还是一知半解。究竟太阳能是怎么产生的、如何利用、对人类又有什么好处？怎样在现有知识准备的基础之上，把书本知识与现实生产、生活进行沟通，关注学习的过程，训练我们的思维方法，提高思维水平，使我们能一分为二地对所学知识能有所选择、判断、解释、运用，从而有所发现、有所创造，这是我们自己的强烈需求。为此，我们策划了这一研究性学习课题，能帮助我们很好地实现上述目标，取得良好的学习效果。课题研究的目的与意义（研究成果有什么样的目的与意义）通过该课题的研究，可以让我们学习到大量有意义的课外知识。有利于激发我们更好地学习物理学知识的欲望和投身物理学研究领域的热情；不仅如此，课题研究工作也是十分有趣的，这样的研究性学习大大增强了我们的团队合作精神。同时，通过辩论的形式，能引起同学们浓厚的学习兴趣，还可以愉悦心情，放松大家紧张的情绪，以利于我们有更大的热情投入今后紧张的学习。渔洲中学物理研究性学习深远报告本次研究性学习的课题是《太阳能的利用》。此课题的意义在于让学生们了解什么是太阳能、太阳能的利用。1、简介课题研究内容1.什么是太阳能2.太阳能的利用课题研究的方法（采用什么方法进行研究）1．图书馆或上网查询资料法；2．讨论分析法开题时间十五周预期结题时间十八周十五周上半周制定课题实施方案，召开课题开题会议11.28 第一轮查询资料，小组讨论12.15 第二轮查询资料，小组讨论课题研究的步骤（本课题分几个阶段实施，每个阶段的任务是什么）具体安排12.28 总结与结题阶段，验收研究成果预期成果：课题研究论文预期成果及其表现形式（研究的最终成果以什么样的形式展现出来，是论文、实验报告、实物或其他形式）成果表达形式：课题研究论文参考资料1.《研究性学习研究指导》 2. http://www.baidu.com太阳能能源是来自地球外部天体的能源（主要是太阳能）人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、等也都是由太阳能转换来的。地球本身蕴藏的能量通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。与原子核反应有关的能源正是核能。原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量，称为原子核能，简称核能，俗称原子能。它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源，以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。这些物质在发生原子核反应时释放出能量。目前核能最大的用途是发电。此外，还可以用作其它类型的动力源、热源等。全世界的潮汐能折合成煤约为每年30亿吨，而实际可用的只是浅海区那一部分，每年约可折合为6000万吨煤。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。2、太阳能的分类（1）太阳能光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。（2）太阳热能现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。3、开发途径（1）太阳能利用基本方式可以分为如下4大类太阳能是氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，太阳能是人类能源的宝库，如化石能源、地球上的风能、生物质能都来源于太阳。太阳能的利用间接利用太阳能：化石能源（光能----化学能）生物质能（光能----化学能）直接利用太阳能：集热器（有平板型集热器、聚光式集热器）（光能----内能）太阳能电池：（光能----电能）一般应用在人造卫星、宇宙飞船、打火机、手表等方面。（ 2）光热利用它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（800℃）。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、大阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。（ 3）太阳能发电清立新能源未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式有多种。目前已实用的主要有以下两种。 1.光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。 2.光—电转换。其基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。（ 4）光化利用这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。它包括光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应。（五）光生物利用通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。4、太阳能热利用就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。（ 1）太阳能集热器太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。太阳能集热器(solar collector)在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热工质传递热量的装置。按传热工质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型集热器和吸热型集热器两种。另外还有一种真空集热器：一个好的太阳能集热器应该能用 20～30 年。自从大约 1980年以来所制作的集热器更应维持 40～50 年且很少进行维修。（ 2）太阳能热水系统早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。依循环方式太阳能热水系统可分两种： 1.自然循环式：此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热，温度上升，造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差，因此引起浮力，此一热虹吸现像，促使水在除水箱及收集器中自然流动。由与密度差的关系，水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水，维护甚为简单，故已被广泛采用。 2.强制循环式：热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时，控制装置将启动水使水流动。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流，引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知（因来自水的流量可知），容易预测性能，亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下，其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处，但因其必须利用水，故有水电力、维护（如漏水等）以及控制装置时动时停，容易损坏水等问题存在。因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形，才选择强制循环式，一般大多用自然循环式热水器。（3）暖房利用太阳能作房间冬天暖房之用，在许多寒冷地区已使用多年。因寒带地区冬季气温甚低，室内必须有暖气设备，若欲节省大量化石能源的消耗，设法应用太阳辐射热。大多数太阳能暖房使用热水系统，亦有使用热空气系统。太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统，及室内暖房风扇系统所组成，其过程乃太阳辐射热传导，经收集器内的工作流体将热能储存，再供热至房间。至辅助热源则可装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计。当然亦可不用储热双置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计，或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电，再加热房间，或透过冷暖房的热装置方式供作暖房使用。最常用的暖房系统为太阳能热水装置，其将热水通至储热装置之中（固体、液体或相变化的储热系统），然后利用风扇将室内或室外空气驱动至此储热装置中吸热，再把此热空气传送至室内；或利用另一种液体流至储热装置中吸热，当热流体流至室内，在利用风扇吹送被加热空气至室内，而达到暖房效果。（ 4）太阳能热发电太阳能热发电是采用聚焦技术，将数平米甚至数千平米范围上的阳光集中到一条线状或点状，由于高温将介质加热并产生蒸汽，从而推动汽轮机工作并产生电力的过程。这个太阳能光伏发电是两种不同的太阳能发电形式。目前，太阳能热发电通常有三种形式，槽式，塔式和碟式。其中槽式是公认的最经济最成熟的技术。在美国，槽式太阳能热发电站已进入商业化运行阶段。在我国，目前进展较快的是由德州华园新能源应用技术研究所掌握核心技术参与的，位于新疆地区的，我国首座 CSP槽式太阳能示范电站已经一次性试车成功，标志着国产化技术和设备已经达到了热发电的要求，并将进入产业化发展。这些国内外项目的成功实施，也必将为我国其它地区实施太阳能热发电站提供经验，为我国更多更快建设太阳能热发电站作出贡献。（ 5）太阳能离网发电系统太阳能离网发电系统包括:1.太阳能控制器 (光伏控制器和风光互补控制器 )对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量送往蓄电池组储存，当所发的电不能满足负载需要时，太阳能控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，太阳能控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。2.太阳能蓄电池组的任务是贮能，以便在夜间或阴雨天保证负载用电。3.太阳能逆变器负责把直流电转换为交流电，供交流负荷使用。太阳能逆变器是光伏风力发电系统的核心部件。由于使用地区相对落后、偏僻，维护困难，为了提高光伏风力发电系统的整体性能，保证电站的长期稳定运行，对逆变器的可靠性提出了很高的要求。另外由于新能源发电成本较高，太阳能逆变器的高效运行也显得非常重要。太阳能离网发电系统主要产品分类 : A、光伏组件 B、风机 C、控制器 D、蓄电池组 E、逆变器 F、风力/光伏发电控制与逆变器一体化电源。（ 6）太阳能并网发电系统可再生能源并网发电系统是将光伏阵列、风力机以及燃料电池等产生的可再生能源不经过蓄电池储能，通过并网逆变器直接反向馈入电网的发电系统。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，减小能量损耗，降低系统成本。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，可再生能源并网系统可以对公用电网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了 21世纪最具吸引力的能源利用技术。太阳能并网发电系统主要产品分类 : A、光伏并网逆变器 B、小型风力机并网逆变器 C、大型风机变流器（双馈变流器，全功率变流器）。