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第3节 太阳能
教学目标
知道太阳能的由来和特点。
1
知道太阳能的利用方式及其新进展。
2
01
课堂引入
第3节 太阳能
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。
今天我们就学习太阳能的知识。
你是否了解太阳？人类是怎样从距离地球1.5亿千米远的太阳上，获取所需的能源？太阳是怎样给我们提供能量的呢？
如果没有太阳，我们的世界会变成什么样子？
太阳——巨大的核能火炉
一、太阳——巨大的核能火炉
太阳距地球1.5亿千米，直径大约是地球的110倍，体积是地球的130万倍，质量是地球的33倍，核心温度高达1500万摄氏度。
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。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
太阳表面温度约6 000 ℃，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。
地球
①太阳的结构
太阳大气、太阳核心、辐射层、对流层。
一、太阳——巨大的核能火炉
太阳大气
对流层上面的太阳大气，就是我们平时所见的太阳圆盘，称为太阳光球。光球厚度约500千米，几乎所有的可见光都是从这一层发射出来的。
光球层上最显著的现象就是太阳黑子，太阳黑子，其实是太阳光球层上的温度相对较低的区域，其温度约为4500K，而光球其余部分的温度约为5800K。这些温度较低的区域在明亮的光球反衬下，就显得很黑。
一、太阳——巨大的核能火炉
太阳核心：太阳的核心区域虽然很小，半径只占太阳半径的1/4，但却是产生核聚变反应之处，是太阳的能源所在地。
辐射层：指太阳内部0.25
~0.86个太阳半径区域。太阳核心产生的能量，通过这个区域以辐射的方式向外传输。
对流层：对流区处于辐射区的外面。由于巨大的温度差引起对流，内部的热量以对流的形式在对流区向太阳表面传输。
例题1. 太阳能来自于( )
A．大量优质煤的燃烧 B．裂变
C．链式反应 D．聚变
D
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。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”。
所以太阳能来自于太阳内部氢核聚变。
【解析】
一、太阳——巨大的核能火炉
太阳是人类能源的宝库
二
二、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。太阳光已经照耀我们的地球近50亿年，地球在这近50亿年中积累的太阳能是我们今天所用大部分能量的源泉。
人类的日常生活，也无法离开阳光。
你知道我们现在使用的化石能源——煤、石油和天然气与太阳能有怎样的关系吗？
二、太阳是人类能源的宝库
二、太阳是人类能源的宝库
远古时期的动、植物通过光合作用将太阳能转化为生物体内的化学能。在它们死后，躯体埋在地下和海底，腐烂了。
化石能源的形成
躯体埋在地下
和海底，腐烂
动、植物通过光合作用将太阳能转化为化学能
几百万年的沉积、化学变化、地层的运动
二、太阳是人类能源的宝库
动、植物躯体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和煤。在石油形成过程中还放出天然气。
石油、天然气形成示意图
一、太阳——巨大的核能火炉
煤是植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用而转变成的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。
煤的形成
你知道我们现在使用的化石能源——煤、石油和天然气与太阳能有怎样的关系吗？
海洋
生物
陆地
生物
泥炭
煤炭
石油
天然
气
太阳能
化学能
光合作用
压力、化学变化
二、太阳是人类能源的宝库
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。
太阳能转化为化学能
一、太阳——巨大的核能火炉
太阳能与生物质能、风能、水能的转化和守恒情况
在自然界中，我们熟悉的无论是生物质能、风能，还是水能，归根结底都是太阳能的转化形式。
一、太阳——巨大的核能火炉
①太阳能转化为生物质能
生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。
生物质能是自然界中有生命的植物提供的能量，这些植物以生物质作为媒介储存太阳能，属再生能源。
一、太阳——巨大的核能火炉
光合作用的实质是一种能量转换（光化转换），指绿色植物（包括藻类）吸收光能，转换为化学能。把二氧化碳和水合成为有机物，同时释放氧气。
太阳能通过光合作用（光化转换）转化为生物质能
风能是空气流动所产生的动能，是太阳能的一种转化形式。由于太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀，引起大气层中压力分布不平衡，在水平气压梯度的作用下，空气沿水平方向运动形成风。
一、太阳——巨大的核能火炉
②太阳能转化为风能
风能发电：太阳能转化为风能，风能转化为电能。
一、太阳——巨大的核能火炉
水能与太阳有关，是太阳能的次生能源。水能一般指水力势能。太阳辐射使低处的水蒸发，在高空形成降水云系，通过大气流动转移至海拔相对较高处并以降水形式回到地面，再通过地表水（或地下水涌出地表）的形式向海拔相对较低处流动。此时，因上下游水位差而形成水力势能。因此，水能与太阳有关。
③水能与太阳能
一、太阳——巨大的核能火炉
解析：如今开采的煤、石油等化石能源，实际上是远古时期，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。在它们死后，被埋在地下和海底，腐烂了，再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等。开采化石燃料来获取能量，实际就是开采上亿年前地球所接收的太阳能。
例题2. 有的同学说，我们现在开采的煤、石油等化石能源，实际上都是来源于上亿年前太阳上的核能。请你说明这句话的道理。
太阳能的利用
三
三、太阳能的利用
直接利用太阳能的方式主要有两种。
①光热转化
用集热器收集阳光中的能量来加热水等物质。把太阳能转化为内能。
太阳能的直接利用
转化
太阳能
内能
三、太阳能的利用
集热器的原理
平板太阳能集热器的基本工作原理十分简单。概括地说，阳光透过透明盖板照射到表面涂有吸收层的吸热体上，太阳辐射能被水所吸收，转变为水的内能。这样，水的温度逐渐升高，热水上升到贮水箱中待用。
三、太阳能的利用
②光电转化
指太阳能直接转化为电能。
光电池也叫太阳能电池，直接把太阳光转变成电。因此光电池的特点是能够把地球从太阳辐射中吸收的大量光能转化换成电能。是一种在光的照射下产生电动势的半导体元件。光电池的种类很多，常用有硒光电池、硅光电池和硫化铊、硫化银光电池等。
三、太阳能的利用
太阳能电池在航空、航天、交通、通信等领域中的应用
转化
太阳能
电能
大型光伏发电项目并入国家电网
家用小型光伏发电
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。
光伏发电
三、太阳能的利用
三、太阳能的利用
图为世界上最大的太阳能发电厂之一的帕赛尔工厂。有52000 块电池板，这些电池板能容纳将近四百万块太阳能电池。在一个阳光明媚日子，它的产电力可以达到11兆瓦，足以为8000个家庭供电。
美国加州的赛尔帕太阳能发电厂
三、太阳能的利用
通常所说的太阳能电站，就是太阳能热电站。这种发电站先将太阳能转变成内能，然后再通过机械能装置转变成电能。
太阳能热电站
电站中心有一个高塔（集热塔），塔顶上装有锅炉，塔的周围装有平面反射镜（也叫定日镜），它把阳光反射后集中在锅炉上，把锅炉内的水加热成高温高压蒸汽。高温高压蒸汽通过管道输送到汽轮发电机发电。
集热塔
太阳能热电站
三、太阳能的利用
定日镜指将太阳的光线反射到固定方向的光学装置，又称定星镜。
定日镜
定日镜追着太阳转，反射阳光。
三、太阳能的利用
视频欣赏——《太阳能热电站》
优点 缺点
三、太阳能的利用
不排放CO2
能源量大
可持续性强
能源分散
受自然条件限制
转化效率低
成本较高
能源易获取
太阳能的优缺点
三、太阳能的利用
潮汐能不是来源于太阳能。潮汐能是因月球引力的变化引起潮汐现象，导致海平面周期性升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量。
地热能不是来源于太阳能。地热能来源于地球熔融岩浆和放射性物质衰变，这部分能量通过地壳运动被推压到地面，从而被发现和利用。
潮汐能与地热能
例题2. 2019年4月30日，云南省政府新闻办发布消息，我省33个贫困县（市、区）达到脱贫标准，退出了贫困序列。脱贫过程中许多村镇安装了“肩扛太阳能电池板，头顶小风扇”的新能源路灯。下列说法正确的是（ ）
A．小风扇的作用是为太阳能电池板散热
B．太阳能电池板把太阳能转化成了小风扇的机械能
C．这种新能源路灯是集太阳能发电和风力发电
为一体的发电用电设备
D．太阳能电池板可以把接收到的太阳能全部转
化为电能
C
小风扇的本质是风力发电机
将太阳能直接转化为电能
将太阳能部分转化为电能
三、太阳能的利用
三、太阳能的利用
例题3. 如图所示是利用太阳能的三种方式。请你在空白方框内填上相关的科学术语。
利用太阳能的三种方式分别为：
①光热转换是指把太阳能转化为内能；②光电转换是指把太阳能转化为电能；③光化转换是指把太阳能转化为化学能。
【解析】
三、太阳能的利用
课堂总结
四
太阳能
产生：太阳中氢核聚变幅射的核能
辐射方式：光和热
特点：取之不尽，用之不竭
生物质能来自于太阳能
化石能源来自于太阳能
风能、水能来自于太阳能
大部分可利用的能源都来自于太阳能
间接利用
直接利用
利用化石能源
利用水能、风能、生物质能
太阳能→内能
太阳能→电能
四、课堂总结（一）
四、课堂总结（二）
视频总结——《太阳能》
课堂练习
五
五、课堂练习
1. 在太阳内部，氢原子核在超高温下发生 ，释放出巨大的 能。
2. 太阳能热水器是将太阳能转化为 能；太阳能硅光电池将太阳能转化为 能；在绿色植物的光合作用过程中太阳能被转化为 能。
聚变
化学能
电
内
核
3. 下列能源不是来源于太阳能的是 ( )
A．潮汐能 B．水能
C．化石能源 D．风能
【解析】
太阳把地面和空气晒热，太阳能转化为空气的内能，晒热的空气上升，空气流动形成风，又转化为风能。
太阳把水面和地面晒热，并使一部分水蒸发，水蒸气升到空中形成云，以雨、雪的形式落下来，流入江河，太阳能转化为水能。
潮汐能不是来源于太阳能。
A
五、课堂练习
4．十九大报告中提出：“绿水青山就是金山银山”，倡导保护环境。光伏发电站的推广实现了将________转化为电能，这种绿色能源具有_________________的优点。
太阳能
清洁无污染
五、课堂练习
5. 关于太阳能的下列说法中，正确的是( )
A．太阳能不受季节和天气的影响
B．太阳能分布广阔，获取方便，处处可利用
C．太阳能是地球所有能量的来源
D．太阳能清洁安全，利用太阳能不会给环境带来污染
D
太阳能清洁安全，利用太阳能不会给环境带来污染。选项D正确，其他均错误。
五、课堂练习
三、太阳能的利用
6. 市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉意。该装置的能量转化情况是 ( )
A．太阳能→电能→机械能
B．太阳能→机械能→电能
C．电能→太阳能→机械能
D．机械能→太阳能→电能
在该装置中，太阳能电池板将太阳能转化为电能，这些电能通过小电动机再转化为机械能。所以选A。
【解析】
A
7．如图所示是太阳能LED照明路灯，LED是一种发光二极管，它是由 材料制成的，可以把电能直接转化成 能，太阳能是在太阳内部氢原子核发生_____（选填“裂变”或聚变”）释放出巨大的能量。
半导体
光
聚变
五、课堂练习
8．如图所示是某地区使用的“风光互补”景观照明灯，它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是（ ）
A．蓄电池白天充电时，蓄电池将电能转化为化学能
B．利用风力发电时，将电能转化为机械能
C．光电池板工作时，将太阳能转化为化学能
D．照明灯工作时，将内能转化为电能
A
五、课堂练习
9. 许多城市都在推广利用太阳能，城市交通指示灯及路灯照明系统已大量使用大阳能。白天，太阳能转化为电能，除供正常使用外，将多余的能量储存在蓄电池内，夜晚供交通指示灯及照明灯发光。请完成下面的方框图，反映这个过程中能量发生抟化的情况。
太阳能
电能
光能
化学能
电能
五、课堂练习
内能
太阳能电池
植物光合作用
10. 人类利用太阳能的实质，是将太阳能转化为其他形式的能量。太阳能转化为其他形式能量的方式有三种：一是光热转换，例如用太阳能集热器把水加热；二是光化转换，把太阳能转化为化学能；三是光电转换，把太阳能转化为电能。
下图画出了这三种转化的方框图其中椭圆表示转化的装置或物体，菱形表示由太阳能所转化的另一种能量形式。请在图中的三个空白处填入相关的文字。
五、课堂练习
11．为了响应“节能减排”的号召，小周家买了一台容积为100L的太阳能热水器。请你与小周一起，对太阳能热水器进行研究与计算。
①太阳能是_______(选填“新”或“常规”)能源，太阳的巨大能量来自于太阳内部的_________________反应。
新
核聚变(或热核)
五、课堂练习
②小周早晨把热水器加满水，温度传感器显示水温为18℃，下午放学时看到显示的水温为78℃，则热水器的水吸收了多少热量？与使用电热水器相比，相当于节约了多少度电？[不计电热水器的热量损失，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
五、课堂练习
