能量转换4-风力发电讲义

小小发明家系列课讲义能量转换模块第四讲：风力发电一、课程目标知识学习目标：1.重点了解风的形成空气的流（热空气上升冷空气下沉并且流到缺失热空气的位置进行补充）形成风。2.重点掌握风力发电机的工作原理风推动扇叶转动扇叶带动电动机里的线圈转动，切割磁铁的磁感线产生电能，是一种将动能转换成电能的装置；3.一般了解风能的利用和哪些是清洁能源。探究学习目标：1.通过“感受风”的互动游戏让学生在玩中学会风是由空气流动形成的。2.通过“风的形成”科学实验激发学生对风形成原理的深刻学习。3.通过手摇发电机的实验演示和互动参与激发学生“电动机和发电机之间有什么联系的主动思考和探索体验科学的乐趣引导学生自主掌握知识学习目标中的重点。火星盒子制作目标：1.观察和认识风力发电机的组成部分和主要元器件；2.在教师指导下，动手组装完成风力发电；3.学会风力发电的使用。二、课堂组织形式1.设计互动参与游戏2.组织开放式问题讨论3.问答式课堂互动4.融入趣味故事讲解5.设计互动探究实验6.火星盒子制作演示和指导7.课后习题巩固三、课堂准备名称内容来源备注1PPT课件课程全流程演示文稿火星人课件2组装制作说明视频组装制作风力发电的说明视频火星人备课视频组装流程视频说明3互动游戏感受风：风扇、空气炮需教师自己准备（详细方法参考火星人备课视频）手摇发电机游戏：手摇发电机2个火星教具/教师自行采购准备（使用方法参考火星人备课视频）可选如无此设备可自行采购选用类似其他设备代替。4互动实验教具风的形成：蜡烛2个、大瓶子、小瓶子模拟风吹稻谷去壳实验风扇玻璃（重物、纸屑（轻物）需教师自己准备（详细方法参考火星人备课视频）摇晃发电教具火星教具/教师自行采购准备（使用方法参考火星人备课视频摇晃发电可选。如无此设备，可自行采购选用类似其他设备代替。5学生组装器材及工具火星盒子——风力发电（每人一套螺丝刀（每人一套）火星盒子需按学生数量在商城订购；螺丝刀需根据学生数量由教师提前准备。注意事项：火星盒子和螺丝刀提前收好，需要在理论讲解之后如果在课前即摆在学生面前会极大分散学生的注意力不利于理论知识讲解和课堂互动。6课后习题考核本科学习知识点，客观题+主观题本讲义最后部分四、详细上课流程本节课括课热和7步具体：（首先通火星讲解课的故景。（通过提及知谱讲解式回节内容。（第-5步为理解长控需在-0分钟内通简单“风验游戏以及形实验的示和互动完成点知风是由气流成的、力发）的传。（第6步为学生操作组完成发电机需教导、维秩序证安全时长在-5分钟。（第7步为课程，时长为0分钟（）第8步为作业布，把内容延到生。（总时长为120分钟，预留5-10分钟休息时间）上课步骤主要内容注意事项【课堂预热】场景引入【对应PPT】火星来信【时长】5min【讲解小火星最近迷上了旅游说想去海王星旅游因为它看到海王星是一个蓝色的星球和我们地球看起来很像，说不定生活着外星人呢?【提问】大家觉得海王星上会有外星人吗？不要在课程开始时发给学生盒子器材，会分散学生注意力。【衔接话术】在讨论这个问题之前我们先来回顾一下上节课关于电动机的知识。【第1步】风的形成【对应PPT“风是怎么形成的？”部分【时长】15min【衔接话术】刚刚我们说到海王星和地球一样是一个蓝色的星球，不过在这个蓝色的星球上有着宇宙上最快的风，大家猜一下它的风大约有多快？一秒钟340米，一秒钟700米，一秒钟3亿米？【讲解】其实海王星上的风速更接近一秒钟700米，是声音速度的2倍如果地球上有这样风速的风不到两个小时中国就成为一片废墟了。【提问】为什么海王星上会有这么强的风呢？我们先来研究一下风是怎么来的吧？大家觉得风是怎么来的呢？我们用什么方法可以产生风呢？【实验/游戏】【感受风】准备：风扇、空气炮游戏过程：1、先让学生用手扇一扇，感受风；2、用嘴吹一吹手，感受风；3、用风扇吹风，再感受一下风；4、用空气炮感受风实验总结用手扇风手会把空气扇走用嘴吹风的时候嘴又把空气给吹走了，风扇转动也是把空气给转走了，最后我们用的空气炮也是把空气给吹走了，所以只要空气动了，就会有风。【总结】空气的流动形成了风。【提问那大自然界中并没有那么大的手也没有那么大的风扇更注意：（1）详细实验材料形状及实验流程参考视频（2）实验材料教师自己准备。（3学生进行操作时老师把控好时间和秩序。没有空气炮，为什么空气会动呢？是与太阳有关吗？与海洋有关吗？（学生可以自由回答）【实验/游戏】【风的形成】准备：蜡烛2个、大瓶子、小瓶子实验过程：1、先点燃蜡烛让学生在在蜡烛的上下感受温度会感受到上面热，下面不热。（感受完温度，记得把蜡烛吹灭）【讲解】说明热的空气喜欢往上面走。2、播放干冰升华成气体的图片：看到白色的雾气向下飘。【讲解】说明热气被干冰冰冷后，会往下面走。【总结】热空气向上流动，冷空气向下流动。3将大瓶子垂直放置大瓶子侧面开一个洞把小瓶子底部用刀等工具去掉，用胶枪把小瓶子粘在大瓶子开好的洞中；4大瓶子中放一根蜡烛不点燃手拿着剩下的一个蜡烛点燃，靠近小瓶子，发现蜡烛的火苗不往大瓶方向飘；5点燃大瓶中的蜡烛同样把手中点燃的蜡烛靠近小瓶子发现手中蜡烛火苗往大瓶方向飘。

注意：（1）详细实验材料形状及实验流程参考视频（2）实验材料教师自己准备。（3学生进行操作时老师把控好时间和秩序。（4【风的形成实验中注意实验中及时把蜡烛吹灭。【讲解】大瓶子中的蜡烛点燃后会把周围的空气加热，热空气会向上走这时候大蜡烛旁边少了很多空气所以需要有空气过来补充，而蜡烛被大瓶子包住了，只有小瓶子这头能和其他空气连通，所以小瓶子这里的空气就过来补充，所以当我们把另一只点燃的蜡烛靠近小瓶子的时候蜡烛的火苗就会被空气带动着像大瓶子里面靠近。【总结热风向上周围比较冷的空气就会过来补充流走的热空气，这样自然界中空气就会流动，从而形成风。【随堂测试现在老师要考考大家夏天的时候会比较热冬天的时候会比较冷所以在家里会有空调和暖气那请问大家这两个东西最好怎么摆放呢？【衔接话术】一般我们的空调多用来制造冷风，当然也是可以产生热风的但是在大冬天我们家里一般用的是暖气或者是地暖为什么空调要放在高的地方？暖气之类的就要放在比较低的地方呢？【讲解因为空调被用来制冷的时候吹出来的是冷风放在高出冷风可以从房子高的地方到低的地方，暖气房低的地方的话，热空气就可以从底部上升到高出，这样整个屋子都会暖和起来。【第2步】风的等级【对应PPT“风的脾气有多大？”部分【时长】5in【衔接话术】现在我们知道了风是因为空气流动而形成的，还知道大自然中空气之所以会流动是因为热空气会向上升，冷空气会过来补充。那么空气冷热差的太大，或者差的太小，就会造成空气流动的快，还是流动的慢，也就使我们平常感受到有的风大，有的风小。【衔接话术】风大的话可能把房屋的顶都拆掉了，甚至有的大风可以席卷一个村庄；风小的话，可能只是把地面的沙土、纸片吹起来，有时候小到连水面都惊扰不了。为了更好的描述风的强度，我们给不同强度的风排了个顺序【讲解】像这种连湖面都吹不动的风，是0级风；可以把地面上的沙土、纸片吹起来的风是4级风；这种可以把屋顶掀起来的风，大家猜猜它是几级风？它是9级风；最后可以席卷一个村庄的风，就是我们常说的台风，换一种说法就是飓风，属于12级以上的风。12级以上的风在陆地上是很少见到的，一般发生在靠近海的地方。【第3步】风的利用【对应PPT“用风可以做什么？”部分【时长】5-8mn【提问猛烈的风会破坏东西比较温和的风不会产生任何破坏那么我们用这些温和的风做一些什么？【衔接话术】我们现在有一堆玻璃球和一堆纸屑混在了一起，我们想挑出来玻璃球，不要纸屑，该怎么办呢？【实验/游戏】【模拟风吹稻谷去壳实验】准备：风扇、玻璃球（重物）、纸屑（轻物）实验过程：1、让学生自己尝试把玻璃球和纸屑分开。2、老师进行演示。实验总结因为纸屑比较轻玻璃球比较重所以当用风扇吹的时候，纸屑就被吹走了，只留下了玻璃球。【讲解古时候人们已经想到了这种办法利用风来分开谷物的颗粒和外面轻薄的壳居住在海边的人会出海捕鱼于是发明了帆船，帆船上之所以有大大的帆布，也是为了可以接触到更多的风，借着风的力量前行除此之外人们还发现风是可以产生电的就是我们熟悉的风力发电。我们中国最大的风力发电机在上海，它的机舱上可以起降直升机叶片直径128米风轮高超过40层楼它的名字叫做SL5000。注意：（1）详细实验材料形状及实验流程参考视频（2）实验材料教师自己准备。（3学生进行操作时老师把控好时间和秩序。【第4步】风力发电机的工作原理【衔接话术】那风又是怎么发电的呢？把风吹进电线里吗？其实风力发电里最主要的是有一个发电机。听到发电机的名字是不是觉得注意：【对应PPT“风力发电的原理”部分【时长】10-5min

很熟悉，上节课我们学习了电动机，那么发电机和电动机有什么关系吗？你们猜猜（学生猜测接下来我们请出我们故事的主角一发电机和电动机一起看一看单看外形好像很相似哦你能分出哪一个是发电机、哪一个是电动机吗？有人已经发现了，有一个上边带手柄手柄是用来干嘛的？摇的嘛那可能应该是发电的一起试试吧。【实验/游戏】【手摇发电机游戏】准备：手摇发电机2个游戏过程：1、在手摇发电机上装一条LED灯带转动手LED灯带（方向反了不会亮，注意摇动方向）2、将另一个手摇发电机接在刚刚LED灯的位（前一节课讲了电动机，有电也就可以动，那么我们今天的手摇发电机可以让它转吗？3、将第二步中的发电机和电动机互换发现第二步中的电动机变成了发电机，第2步中的发电机变成了电动机。实验总结：实验中的发电机和电动机是可以互换使用的，电动

（1）详细实验材料形状及实验流程参考视频（2）实验材料教师自己准备。（3学生进行操作时老师把控好时间和秩序。如果没有手摇发电机，可用风力发电的套件代替，实验操作如下：【发电机和电动机】准备材料：风力发电套件一个，电池盒和2节5号电池实验过程：1、取风力发电装置，介绍发电机，连接好电路，转动风扇发现小灯亮起来了，发电机成功发电2、取下LED灯，把发电机接电机是把电能转成了动能，发电机呢？正好和它相反，是把动能变成了电能。

池，发现风扇转起来了，发电机变成了电动机【提问我们上节课还知道了电动机身体里是什么？线圈和磁铁。实验结论：发电机和电动机是一当线圈通电后就会产生一个新的磁场和磁铁的磁场打架线圈就被推着动了起来，那么发电机又是怎么通过线圈和磁铁来发电的呢？老师手里有一个魔术棒可以解释这个问题，大家请看。这个棒子看起来怪怪的，我们一起来看看这个棒子上有什么？【实验/游戏】【摇晃发电】实验材料：摇晃发电教具实验过程：1老师拿着摇晃发电让大家猜塑料管中银色的部分是什么东（其实是磁铁）。2老师用摇晃发电里面的磁铁去吸引铁的东西为了证明里面确实是磁铁，而不是纽扣电池等等的东西。3、再让学生猜铜线部分是什么东西，猜几次后揭晓答案。4、老师不经意晃动这个装置，学生会发现灯亮了。【提问刚刚发生了什么？灯怎么亮了呢？灯亮了说明有点通过灯。

样的，只是使用方法相反，发电机是通过转动轴产生电，而电动机是通过通电让轴转起来。如果没有摇晃发电的装置可以用以下实验代替【实验/游戏】【自制发电机】实验准备：圆形磁铁、线圈、模拟法拉第实验装（磁铁线圈、架子）实验过程：1、把新线圈和导线的另一端那电怎么来的呢？5、慢慢移动摇晃发电中的磁铁，让它处在线圈旁边，发现灯不亮；6、快速摇晃，发现灯亮了。实验总结：说明磁铁快速移动经过线圈的时候就会有电。【随堂小测试如果磁铁不动让线圈做往复运动穿过磁铁小灯会亮吗？答案，也会亮。【讲解发电机和电动机一样身体里就是线圈和磁铁因为磁铁周围会有很多我们看不到的磁感线，当线圈经过这些磁感线的时候，就会像小刀子一样把这些磁感线割开这时候在线圈里就会产生电，这也就是发电机的工作原理了。所以现在我们知道了，其实风力发电里真正发电的是谁？是发电机，而风是起到了什么作用呢？就是带动发电机里的线圈转动，让线圈去切割发电机里磁铁的磁感线，就产生电啦。所以叫风力发电因为风提供了动力嘛不信你试试取下扇叶用手拨动发电机的转轴，小灯也是可以亮起来的哦。相接，磁铁放在桌面上2、移动新线圈，使磁铁上下通过线圈，发现对面的线圈运动了。实验总结线圈在磁铁周围上下运动时线圈里产生了电磁也可以生电。【第5步】清洁能源【提问风可以带动发电机发电就是风力发电了那还有其他的方【对应PPT“还有哪些能源可以产生电？”部分【时长】3in式带动它吗？（学生自由发言）【讲解其实你们说到的火力发电水力发电也是靠发电机发电的，只是带动发电机的变成了什么啊？火的力量或者水的力量对不对。但是像太阳能、核电站就不是靠的发电机啦，我们以后会学习。【衔接话术不过呢在这里面有些发电方式是不太好的会产生很多的污染比如火力发电在火燃烧的时候会产生很多的烟雾这些烟雾中会有有害气体会有PM2.5污染境而水力发电和太阳能发电却不会产生太多的有害物质，所以比较清洁，因此水能、风能、太阳能都是比较清洁的能源，也叫做绿色能源。【第6步】动手制作风力发电【对应PPT“开始动手制作啦！”部分【视频辅导】此时可以播放/暂停6分钟的组装说明视频①指导学生打开包装盒，将零件分类摆放整 齐在自己前方桌面上。（1）物品摆放不要太靠近自己的身体，否则容易掉在地上.（2）螺丝钉长短不一，要分开放置为避免散乱和掉落也可把螺丝和垫片一直放在袋子内。②讲解各元器件的形状和功能，主要的元器件如下：讲解主要元器件时讲解风力发电作为指导。【时长】35-0ina.发电机：由扇叶带动，转动发电机的工作过程:风推动扇叶转动，扇叶带动发电机里的线圈转动切割磁感线产生电能但是电压太低不能直接驱动小灯所以再经过一个电路板把电压放大最后点亮小灯风力发电机是将动能转换成电能的装置。注意讲请电路连接的逻辑关系b.焦耳小偷电路板：升压作用，驱动小灯c.LED小灯