太阳公仔 原理.doc

玩具中的物理学原理 “太阳公仔” 班级：高二理（2） 姓名：李慧研究对象：米奇型太阳能玩具研究目的：“太阳公仔”工作原理 问题：1.太阳能电池板工作原理2.电能如何转化为动能研究步骤：确定研究目标提出问题拆分玩具观察内部构造对问题进行猜想查阅资料结合实际进行推证得出结论玩具内部主要结构：一个小型晶体硅太阳能电池板；一个小型电路板：大、小电容各一个；小型电阻4个；晶体三极管1个； 一个铜制线圈及2个小型磁铁。导线若干；内部电路板图：1）太阳能电池板工作原理 利用太阳能发电的途径有多种，在这里是将太阳能直接转化为电能，利用的就是图中的太阳能电池板；这种光电池板是一种特殊的半导体二极管，可将光能转化为电能； 而这种转化则依靠于光生伏特效应。在这里要先介绍一下光生伏特效应：光生伏特效应是指半导体在受到光照射时内部产生电动势的现象。通过相关资料的查阅，从中了解到在晶体（该玩具中太阳能电池板材料为单晶硅，是晶体材料中重要组成部分）中正负电荷的数目总相等，所以晶体对外来说都是电中性的；而当材料中两种不同型的的半导体结合在一起时，在交界面处会形成一薄层，层中一侧带正电一侧带负电；而当太阳光照射在电池板上时，光线会使得层中电子发生某种运动，从而产生了电势差。通过以上分析研究，可得出太阳能电池板的工作原理。2）电能如何转化为动能玩具顶部结构如图所示： 过程及原理： 由铜丝将由太阳能电池板转化而来的电流导入线圈中，这样原来的铜圈就成为了一个通电线圈，从而产生电场；将头部前后两部分合起来后，其中的两个磁铁就相当于转子，由于处于通电线圈所产生的电场中，玩具顶部内的磁铁就会做周而复始的规律摆动，这种摆动也就带动了米奇头部的运动。这种电能转换为动能的现象则与电动机的运作原理相同。对于电路中局部电流的放大：为使电路中的电流产生足以带动头部摇摆的电场，在此处需将局部电流进行放大，用到的元件即为电路板中晶体三极管；由于对晶体三极管的了解较少，此处通过上网查找的到相关信息： 晶体三极管由两个PN结组成，PN结的正向电阻很小，反向电阻很大，根据三个电极之间的电阻关系，可以确定三极管的基极。由于三极管的发射结与集电结的结构上的差别，当把集电极当发射极使用时，其电流放大系数较小，反之值较大。在确定基极后，比较三极管的值大小，可以确定集电极和发射极。使三极管基极开路，在发射极和集电极之间加一小电压，使发射结承受正向电压，集电结承受反向电压，这时集电极之间加一偏流电流（如用欧姆表，反映出来是电阻很大）。在基极和集电极之间加一偏流电阻，集电极电流显著增大（因有了一定的基极电流），这时集电极和发射极之间电阻仅为偏流电阻的十几分之一。从集电极电流墙的幅度可判断值的大小（用欧姆表时，如果表针偏角较基极开路时增加的幅度大，则值就大）。由于搜索出的相关资料中有较多生僻物理词汇，故在此仅以与这次研究相关的特性作为结论，即：晶体三极管能够其放大局部电流的作用。通过以上两点的分析，可得出在该玩具中电能是如何转化为动能的。研究成果：通过对所提出问题的研究，弄清楚了在“太阳公仔”这个玩具中太阳能电池板的工作原理，以及电能装化为动能的过程原理；使得我对一些物理知识有了更深的了解与体会。过程反思： 在进行这次的物理研究时，第一次拆玩具并未拆完全，没有将头部进行分拆，导致在研究提出的第二个问题时，虽有猜想却无根无据来证明；在做论文时原本也打算一