第二十一章 实践 制作太阳能烤箱+单元章末练习 导学案--沪科版新版9全册物理

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【学习目标】
1.能举例说明人类对太阳能的利用。
2.能了解太阳能烤箱的原理，能分析太阳能烤箱如何利用太阳能。3.能测试烤箱的加热速度、保温能力、安全性检查等并交流评价。
4.知道光的传播特性，能采取措施增加单位面积上的太阳能辐射量。
重点：综合考虑材料的导热性、烤箱的结构、加热速度、保温性能、使用安全等因素,制作太阳能烤箱的过程。
难点：对制作结果作出科学评价,并尝试采用新的材料设计方法来制作太阳能烤箱。
【自主学习】
1.本活动涉及能源的开发与利用、___________、材料的性能、低碳生活等相关内容。
2.太阳的能量来源主要来源于其核心区域发生的 。释放出的能量以 的方式到达地球。
3.太阳光到达地球之后，现在人们主要以 转换和 转换的方式来利用太阳能。（均填能量转化方式）
4.黑色物体能吸收 色光，且吸热能力较 ，白色物体能够 各种色光。
5.太阳的能量终会_________，但这是百亿年尺度的天文事件；而人类当下面临的能源问题，是短期内不可再生能源________与生态________的双重挑战。因此，积极开发可再
生能源、优化能源结构，是实现人类社会可持续发展的必然选择。
【合作探究】
1.本活动涉及能源的______________、____________反射、_________的性能、低碳生活等相关内容。
任务一：查阅资料认识太阳能。
2.了解自古以来人类对太阳能利用的大致进程。
西周阳燧取火 晒盐
古代公元前1000年 - 17世纪 主要应用
西周 凹面铜镜聚光点火(阳燧取火）
古希腊、古埃及、古巴比伦 用阳光干燥、取暖、晒盐。
近代17-19世纪 主要应用
1615年 法国工程师制太阳能驱动抽水机
1839年 法国贝克勒尔发现光伏效应，奠定光电基础
1876年 硒材料观察到光照生电，制成早期硒光电池 。
现代20世纪 主要应用
1954年 美国贝尔实验室制出6%效率单晶硅电池，实用光伏诞生
1955年 选择性吸收涂层理论提出，推动高效集热 。
1958年 太阳电池用于卫星供电，开启空间应用 。
70-80年代 光伏成本下降，地面光伏电站起步；太阳能热水器、太阳灶普及。
当代21世纪至今 主要应用
光伏效率突破30%，成本持续下降，大型电站与分布式光伏快速发展
光热发电（CSP）、太阳能制氢等前沿技术加速迭代
建筑一体化（BIPV）、新能源汽车光伏车顶等创新应用涌现。
3.收集人类将太阳能转化为其他形式能量的实例。
（1）太阳能→__________太阳能热水器：集热器吸热加热生活用水，普及率高 。
太阳灶：聚光集热烹饪，适合无电地区。
太阳能温室：透光材料保温，用于农业种植。
光热发电：聚光加热工质产生蒸汽驱动发电机 。
（2）太阳能转化________
太阳能电池 卫星空间站电源
太阳能→_________
太阳能制氢：光催化/光电化学分解水制氢，储能新方向 。
（4）太阳能→________
植物光合作用：将光能转为有机物化学能，是煤炭、石油等化石能源的源头。
4.了解太阳能烤箱的原理，分析太阳能烤箱如何利用太阳能。
（1）太阳能烤箱的核心原理
光热转换+温室效应+热对流/热传导抑制，将太阳光的________转化为__________并蓄积，实现食物加热烘烤。
（2）利用太阳能的方式
①集热聚能：烤箱的反光板（如铝箔、镜面） 会将分散的太阳光反射并汇聚到吸热区，提升局部光照强度；吸热板（黑色涂层材质） 能高效吸收太阳光中的可见光和红外线，将光能转化为热能。
②蓄热保温：烤箱的透明盖板（玻璃或塑料膜） 允许太阳光穿透进入内部，同时阻止内部产生的红外线向外辐射散失，形成温室效应；箱体夹层填充的保温材料（如泡沫、棉花）可减少热量通过热传导和热对流流失，维持箱内高温环境。
③热能传递
箱内空气被加热后形成对流，或通过烤盘等载体的热传导，将热量传递给食物，实现烘烤、蒸煮等烹饪效果。
任务二：制作太阳能烤箱
1.查阅资料并设计太阳能烤箱，准备相关实验器材。
黑纸、锡箔纸、纸箱、保鲜膜、保鲜膜、塑料吸管、胶水、胶带、铅笔、小刀
2.设计制作太阳能烤箱方案
设计原则 优化方案
导热性 吸热层选用_________材料加速热量传递，保温层选用_________材料减少热量散失。
结构 采用聚光式结构，通过反光板汇聚_________，提升加热效率。
加热速度 优化反光板________、吸热面颜色，最大化吸收太阳能。
保温性能 双层箱体+保温填充，减少对流与_________散热。
安全性 选用_____高温、_____的环保材料，避免高温变形释放有害物质。
3.根据设计方案，制作太阳能烤箱
（1）制作步骤
①用铅笔在距离盒子边沿 2.5 厘米的地方画一个正方形。
②用美工刀切开三条边，保留盒盖连接处不动，并打开。
③用锡纸把翻盖的内侧包起来，并用胶水固定。
④打开翻盖，用保鲜膜把切开的正方形口子严密覆盖，胶带固定好。
⑤把盒子展开，在盒内底部每个面都贴上锡箔纸。
⑥将盒子贴锡箔纸的底部，再贴上一层黑纸。并用胶水粘牢。
⑦盖上盒盖，用吸管将盒盖切开部分顶起来，锡箔纸可将太阳反射到烤箱内。
把太阳能烤箱放在阳光下，尝试加热食物，测试烤箱的加热速度、保温能力等；和同学们交流调研报告，分享制作过程及心得体会。
1.加热食物
（1）选择晴朗无云的天气，将太阳能烤箱放置在________充足的空旷处。 调节反光板角度，用手感受吸热面温度，确认阳光_______效果最佳。
（2）放入切好的土豆块/馒头片，密封箱盖，暴晒1-2小时后取出，观察食物加热情况。
2.测试烤箱的加热速度、保温能力、安全性检查
测试加热速度 在金属烤盘上放置________，密封箱盖，每隔5分钟记录一次温度，持续30分钟，记录温度变化曲线。
测试保温能力 当箱内温度达到峰值后，用保温棉覆盖箱体部分区域，对比覆盖前后每隔10分钟的温度变化，评估______。
安全性检查 实验结束后，待烤箱冷却，检查箱体是否______、材料是否释放_____，确认无安全隐患。
思考讨论1：如果出现加热速度慢，保温效果差应该如何改进？
思考讨论2：在制作和使用过程中应注意哪些安全？
思考讨论1：太阳的能量是否会被消耗尽？
红巨星 白矮星
思考讨论2：查阅资料说一说能源的开发对可持续发展的意义。
总之，太阳的能量终会耗尽，但这是百亿年尺度的天文事件；而人类当下面临的能源问题，是短期内不可再生能源枯竭与生态破坏的双重挑战。因此，积极开发可再生能源、优化能源结构，是实现人类社会可持续发展的必然选择。
【归纳整理】
实践 制作太阳能烤箱
一、活动方案
任务一：查阅资料认识太阳能
1.人类对太阳能利用的大致进程。
2.太阳能转化为其他形式能量的实例
3.了解太阳能烤箱的原理
任务二：制作太阳能烤箱
二、交流评价
测试烤箱的加热速度、保温能力、安全性检查等
三|、拓展研究
1.太阳的能量是否会被消耗尽
2.能源的开发对可持续发展的意义
1.（ 多选）下列选项中，属于可再生能源的是（ ）。
A. 风能 B. 地热能 C. 天然气D. 核能 E. 煤炭 F. 石油 G. 潮汐能 H. 太阳能 I. 水能
2. 修建水电站，要选择合适的地方筑坝蓄水。水从高处向下泄落，冲击水轮机的叶轮，带动发电机发电。在这个过程中，能量的转化顺序为（ ）。
A. 势能—电能—动能 B. 势能—动能—电能
C. 电能—动能—势能 D. 动能—势能—电能
3. 关于能源的开发和利用，下列说法中错误的是（ ）。
A. 煤是可再生能源，以煤为主要燃料的火力发电容易造成环境污染
B. 核能是不可再生能源，开发利用核能是人类获取能源的新途径
C. 太阳能是可再生能源，对环境的污染小，开发前景广阔
D. 人类的生存离不开能源，我们要珍惜能源
4. 在下列空格处填上能量转化的过程。
（1）电动机带动水泵把水抽到高处：________ 能转化为 ________ 能；
（2）太阳光促使植物生长：________ 能转化为 ________ 能；
（3）地热发电：________ 能转化为 ________ 能；
（4）人造卫星的两翼是太阳能电池板，它的作用是把 ________ 能转化为________ 能，供人造卫星使用。
5. 根据能量守恒定律，下列情形可能发生的是（ ）。
A. 随着科学技术不断发展和提高，永动机是可制成的
B. 两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面
C. 电水壶里的水沸腾后给水壶断电，水的沸腾会一直持续下去
D. 出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动
6. 汽车在刹车过程中，机械能转化为内能，这些内能无法自发地转化为汽车的机械能，这种现象说明自发的能量转化过程是有一定 ________ 性的，但在能量的转化和转移过程中，能的总量________（选填“不断减少”“保持不变”或“不断增加”）。
综合
7. 使用天然气烧水，天然气燃烧所消耗的 ____________ 能转化为水的内能。小明想测量家中利用天然气烧开一壶水的效率，他记录了水壶的容积、水的比热容和密度、当地水的沸点、天然气的热值、燃烧的天然气体积，还应记录 ________ 就可完成测量。
8. 正午，小明对水面获取太阳能的情况进行研究，他将装有 400 g 水的盘子放在室外平台上，经阳光照射 10 min，水温升高了 2. 5℃。不计水的蒸发［水的比热容是 4. 2×103 J/（kg·℃）］。
（1）该过程水吸收的热量是多少？
（2）若照射到盘中水面上太阳能的功率为 25 W，水获取太阳能的效率是多大？
9. 下图是一种门铃按钮开关构造的截面图：A、B 为金属片，并各有接线柱与电路连接，C 为按钮，D 为外壳。A、B、C、D 各部件的材料中，________ 是导体； ________ 是绝缘体。
图 21—38
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案：1.光的反射2. 核聚变反应 辐射 3.光电 光热 4.各种 强 反射 5.耗尽 枯竭 破坏
【合作探究】
探究点一：
答案:1.开发与利用 光的 材料
任务一
3.（1）热能（2）电能（3）化学能（4）生物质能4.辐射能 热能
任务二：2.高导热 低导热 阳光 角度 辐射 耐 无异味
探究点二：
答案:1.阳光 汇聚 2.温度计 保温效果 变形 异味
思考讨论1
参考答案：加热速度慢：增大反光板面积、调整角度使其正对正午阳光，吸热面改用黑色金属板提升导热性。
保温效果差：加厚双层箱体的保温填充，箱口密封处贴密封条，减少漏气
思考讨论2
参考答案：
①制作和实验时，避免用手触碰高温的金属吸热面和烤盘，防止烫伤。
②选用食品级透明塑料薄膜，避免高温释放有毒物质。
③实验后及时清理烤箱内残留食物，防止滋生细菌。
探究点三：
答案:思考讨论1参考答案：太阳的能量来源于其核心的氢核聚变反应，太阳的氢燃料储量并非无限，根据天文学研究，太阳目前处于主序星阶段，已燃烧约46亿年，还能以稳定状态持续核聚变约50亿年。50亿年后，太阳核心氢燃料耗尽，会膨胀成为红巨星，外层物质抛散后，核心会坍缩为白矮星，逐渐冷却暗淡，最终不再释放大量光和热。
思考讨论2参考答案：①缓解能源危机，保障文明延续；② 减少环境污染，保护生态平衡③ 推动技术革新，促进经济转型
【章末练习】
1.答案： ABGHI
解析：(1)风能、地热能、潮汐能、太阳能、水能可以从自然界里源源不断的得到补充，属于可再生能源，故ABGHI符合题意;
(2)天然气、核能、煤炭、石油不能短时期内从自.然界得到补充，属于不可再生能源，故CDEF不符合题意。故选: ABGHI。
2.答案：B
解析：本题考查不同形式能量的转化过程。在修建水电站时，水从高处向下落，首先具有重力势能，随着水的下落，重力势能转化为动能。当水流冲击水轮机的叶轮时，水的动能转移到叶轮上，使叶轮旋转，带动发电机发电，最终将机械能转化为电能。因此，能量的转化顺序是先从势能转化为动能，再从动能转化为电能。
3.答案： A
解析：A、以煤为主要燃料的火力发电容易造成环境污染，但是煤是不可再生能源，故A说法错误;
B、核能是不可再生能源，但是核能是- -种新型的能源，故B说法正确;
C、太阳能属于可再生能源，是-种新型的无污染的能源，前景广阔，故C说法正确;
D、人类的生存离不开能源，社会的进步和美好生活是以消耗大量能源为代价的，我们要珍惜能源，故D说法正确。
4.答案：（1）电；机械;（2）太阳；化学; （3）内；电; （4）太阳；电
解析：（1）电动机带动水泵把水抽到高处:电能转化为机械能;
（2）太阳光使植物生长:太阳能转化为化学能;
（3）地热发电:内能转化为电能;
（4）卫星板状的两翼是太阳能电池板，它的作用是把太阳能转化为电能，供卫星使用。
5.答案： B
解析：A、永动机违反了能量的转化与守恒，不可能实现，故A错误;
B、两个斜面相对接，小球从左斜面滚下后，由.于具有动能，会继续冲上右斜面，故B正确;
C、在电水壶的使用过程中，消耗了电能，而水的温度升高，内能增加，断电后，水不再吸收热量，水的沸腾会停止,故C错误;
D、子弹射穿木板的情景，子弹高速运动，说明子弹具有动能，由于摩擦生热会使动能减小，它的速度减慢，故D错误。
6.答案：方向 保持不变
解析：在刹车过程中，因摩擦将机械能转化为地面、轮胎和空气的内能。转化后，这些能将无法再自动转化为使电动自行车行驶所需要的能量，这种现象说明能量的转化具有方向性，但在能量的转化或转移过程中，能的总量保持不变。
7.答案：化学 水的初温
解析：[1]使用天然气烧水，天然气燃烧时释放化学能,通过热传递转化为水的内能。
[2]测量家中利用天然气烧开一壶水的效率， 小明需要计算天然气燃烧产生的热量和水吸收的热
Q吸量，利用η=°计算出效率;由天然气的热Q放值、燃烧的天然气体积可以计算出Q放= qV;水壶的容积、水的密度可以得到水的质量m,要计算出Q吸= cm(t- t0),除了水的比热容、当地水的沸点，还应记录水的初温。
8.答案：（1）4.2×103 J（2）28%
解析：(1 )水吸收的热量:
Q吸= cmt= 4.2 × 103J/(kg.°C) × 0.4kg×2.5°C= 4.2×103J;
(2)由P=.可得，照射到水面上的太阳能:
W=Pt=25W×10×60s=1.5×104J，
水获取太阳能的效率: η=× 100%=×100%=28%。
9.答案：A、B C、D
解析：由题知，门铃按钮开关中A、B为金属片，故它们是导体; C是按钮，D是外壳，为了防止触电，则C、D应是绝缘体。
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