2025 小学五年级科学下册太阳能的光伏转换与应用课件

一、从生活现象到科学概念：认识太阳能与光伏发电演讲人01从生活现象到科学概念：认识太阳能与光伏发电02从微观世界到宏观现象：揭秘光伏转换的科学原理03从实验室到生活场域：光伏发电的多元应用04从优势到挑战：辩证看待太阳能的“双面性”05从观察到实践：做一名“太阳能小探索家”目录2025小学五年级科学下册太阳能的光伏转换与应用课件各位同学、老师们，今天站在实验室的窗前，看着对面教学楼顶那排整齐的深蓝色太阳能板在阳光下泛着微光，我想起去年带你们观察校园光伏路灯时，有个同学指着亮着的LED灯问：“老师，太阳光是怎么变成电的呀？”这个问题，正是我们今天要一起探索的主题——太阳能的光伏转换与应用。作为一名深耕小学科学教育十年的教师，我始终相信，让科学知识“落地生根”的最好方式，是从生活现象出发，用你们能理解的语言，一步步揭开它的“神秘面纱”。01从生活现象到科学概念：认识太阳能与光伏发电1我们身边的“太阳能量”每天清晨，当你们背着书包走进校园，校门口的光伏路灯刚刚熄灭；课间操时，科学教室窗台上的太阳能小风扇正随着微风转动；上周春游时，有同学发现景区的电子指示牌没有外接电线——这些都是太阳能的“身影”。我曾带往届学生做过一个“太阳能应用大搜索”活动，大家在一周内记录了23种不同场景的太阳能设备：从爷爷的太阳能计算器、妈妈的太阳能庭院灯，到卫星上的太阳能帆板。这说明，太阳能的应用早已融入我们的生活。2什么是“光伏转换”？“光伏”是“光生伏特效应”的简称，这个听起来有点复杂的词，其实可以拆解成两个部分：“光”指太阳光，“伏特”是电压的单位（就像你们用的电池标有1.5V）。简单来说，光伏转换就是“利用太阳光直接产生电能”的过程。它和我们熟悉的太阳能热水器不同——热水器是“光热转换”（把光能变成热能），而光伏转换是“光电转换”（直接变成电能）。就像我们用不同的工具做不同的事：锅用来煮饭，太阳能电池板用来发电。3光伏发电系统的“基本组件”要让光伏转换真正为我们所用，需要一套完整的系统。以校园里的光伏路灯为例，它的“核心成员”包括：（1）太阳能电池板：由许多小的太阳能电池片串联组成，就像用小积木搭成大城堡；（2）控制器：负责“管理”电流，就像交通警察指挥车辆，防止电池过充或过放；（3）蓄电池：白天储存电能，晚上释放，相当于“电能存钱罐”；（4）逆变器：把电池输出的直流电（像手电筒电池）变成交流电（像家里插座的电），供路灯使用。去年冬天，我们曾拆开废旧的太阳能玩具，观察过这些组件的实物，当时有同学问：“如果没有太阳，这些设备还能用吗？”这个问题很好，我们后面会详细解答。02从微观世界到宏观现象：揭秘光伏转换的科学原理1太阳能电池的“心脏”——半导体材料要理解光伏转换，我们需要先认识一种特殊的材料：半导体。你们可能听说过“芯片”，它的主要材料就是半导体（硅）。太阳能电池的核心也是硅片，但它被“改造”过——科学家在硅中加入少量的磷（P）和硼（B），分别形成“N型半导体”（带负电）和“P型半导体”。当N型和P型半导体“手拉手”结合时，就形成了“PN结”，这是太阳能电池的“发电核心”。2光生伏特效应的“四步魔法”STEP5STEP4STEP3STEP2STEP1当太阳光照射到太阳能电池板上时，会发生一系列神奇的变化，我把它总结为“四步魔法”：（1）光子撞击：太阳光是由无数“光粒子”（光子）组成的，它们像小炮弹一样撞击太阳能电池的硅片；（2）电子逸出：硅原子中的电子被光子“撞”得脱离原轨道，变成“自由电子”，就像小朋友被推了一下，从座位上站了起来；（3）电荷分离：PN结就像一个“电场大门”，自由电子被赶到N型区，空出的“电子空位”（空穴）被赶到P型区，形成正负电荷的分离；（4）电流产生：当我们用导线连接N区和P区时，自由电子就会沿着导线“跑”向P区，2光生伏特效应的“四步魔法”形成电流——这就是我们能用的电能！去年做“太阳能电池发电实验”时，你们用万用表测到了0.5V左右的电压，那就是这四步魔法的“成果”。有个同学当时问：“如果用更强的光，电压会更高吗？”我们当场用手电筒近距离照射，果然电压升到了0.7V，这说明光照越强，产生的电能越多。3效率与损耗：光伏转换的“小遗憾”虽然光伏转换很神奇，但它并不是“完美无缺”的。目前最先进的单晶硅太阳能电池，转换效率大约是25%（也就是说，100份光能中，只有25份能变成电能）。剩下的75%去哪了？一部分被电池板反射了（所以它看起来是蓝色的，因为反射了蓝光），一部分变成热能让电池板发热（夏天摸太阳能板会觉得烫手），还有一部分因为材料缺陷“漏”掉了。科学家们正在努力提升效率，未来可能会有更“聪明”的电池材料。03从实验室到生活场域：光伏发电的多元应用1小型应用：身边的“微电网”在右侧编辑区输入内容在我们的日常生活中，光伏发电最常见的是“小型离网系统”，也就是不连接国家电网的独立系统。比如：在右侧编辑区输入内容（1）太阳能计算器：你们数学课时用的某些计算器，顶部有一块小电池板，靠自然光就能工作，再也不用换电池；在右侧编辑区输入内容（2）太阳能玩具：去年科技节展示的太阳能小车，只要放在阳光下就能跑，原理和我们实验用的小电机一样；我曾带学生去社区调研，发现90%的老人对“太阳能庭院灯”特别满意——晚上自动亮，不用交电费，还不用担心停电。（3）太阳能监控：小区里的摄像头、农村的农田监控，很多用太阳能供电，避免了拉电线的麻烦。2中型应用：公共设施的“绿色动力”在右侧编辑区输入内容在城市和乡村的公共设施中，光伏发电正在扮演越来越重要的角色：在右侧编辑区输入内容（1）光伏路灯：我们校园的路灯就是典型，白天充电，晚上照明，一年能省1200度电（相当于20个家庭一个月的用电量）；在右侧编辑区输入内容（2）光伏公交站：我家附近的公交站顶棚装了太阳能板，不仅遮阳，还能给电子显示屏和充电插座供电；去年暑假，我带学生去郊区参观光伏大棚，瓜农伯伯说：“以前大棚只能种菜，现在还能‘种电’卖钱，收入翻了一倍！”（3）光伏农业大棚：农村的大棚顶部装太阳能板，既能发电，又能为棚内作物遮挡太强的阳光，实现“棚上发电、棚下种瓜”。3大型应用：能源体系的“未来之星”在国家层面，光伏发电已经成为“双碳”目标（碳达峰、碳中和）的重要支撑：（1）光伏电站：西北的荒漠地区有大面积的“光伏沙漠电站”，比如青海的龙羊峡电站，装机容量相当于3个火力发电厂，每年减少二氧化碳排放400万吨；（2）屋顶光伏：现在很多城市推广“光伏屋顶计划”，居民在自家屋顶装太阳能板，发的电可以自己用，多余的卖给电网，相当于“家里开了个小电厂”；（3）空间应用：卫星、空间站的电力几乎全靠太阳能帆板，比如中国的“天宫”空间站，帆板展开面积相当于两个篮球场，能提供100千瓦的电力，足够30户家庭使用。上个月看新闻，有个小学生家庭装了屋顶光伏，孩子每天记录发电量，还画了折线图，这种“把科学融入生活”的实践特别有意义。04从优势到挑战：辩证看待太阳能的“双面性”1太阳能的“先天优势”01020304在右侧编辑区输入内容（1）清洁环保：光伏发电过程中没有废气、废水排放，不像火力发电会产生二氧化碳和雾霾；去年做“能源对比实验”时，你们用蜡烛模拟火力发电（产生黑烟），用太阳能板模拟光伏发电（无任何排放），直观感受到了两者的差异。（3）分布广泛：只要有阳光的地方就能发电，偏远地区不用再拉很长的电线。在右侧编辑区输入内容（2）资源丰富：太阳每秒钟向地球输送的能量，相当于燃烧500万吨煤释放的热量，按目前人类能耗计算，足够用100万年；在右侧编辑区输入内容为什么我们要大力发展太阳能？因为它有不可替代的优点：2太阳能的“现实挑战”01020304在右侧编辑区输入内容（1）受天气影响：阴雨天或夜晚，太阳能板发电量会大幅下降，需要搭配蓄电池或其他能源（比如风电）互补；在右侧编辑区输入内容（2）储能成本高：目前主流的锂电池储能，成本大约是0.5元/瓦时，相当于存1度电要500元，这限制了大规模应用；在右侧编辑区输入内容当然，太阳能也不是“万能能源”，它面临几个关键问题：我曾带学生采访新能源企业工程师，他说：“现在我们就像在‘打地基’，虽然有困难，但未来的能源革命一定离不开太阳能。”（3）材料回收：太阳能电池板的寿命大约25年，退役后的硅片、玻璃需要专业回收，否则可能造成污染。05从观察到实践：做一名“太阳能小探索家”1家庭观察：记录身边的太阳能设备课后请大家完成“家庭太阳能地图”：用手机拍下家里或小区里的太阳能设备（至少3种），标注名称和用途（比如“太阳能热水器：提供热水”），下节课我们开个“展示会”。去年有个同学拍了爷爷的太阳能收音机，还录了爷爷的话：“这机子用了十年，没换过电池！”特别有意义。2课堂实验：自制太阳能发电装置在右侧编辑区输入内容今天我们要做一个“太阳能点亮小世界”实验：在右侧编辑区输入内容（1）材料准备：太阳能电池板（0.5V）、LED灯（低电压）、导线、万用表；①用导线连接太阳能板正负极和LED灯；②将太阳能板对准窗户或台灯（模拟阳光）；③观察LED是否发光，用万用表测量电压；④改变光照角度（比如倾斜45度），记录亮度变化。 注意安全：太阳能板电压低，不会触电，但不要用放大镜聚焦阳光直射电池板（可能过热）。（2）操作步骤：3思维拓展：设计“未来太阳能城市”最后，我们来做一个“小小工程师”游戏：假设你是城市设计师，要在社区里推广太阳能，你会在哪些地方安装？需要解决哪些问题？比如：“我想在学校操场装太阳能遮阳棚，既能挡雨又能发电，多余的电给教室空调用；但要考虑阴天储能，可能需要建小电池站。”这个问题没有标准答案，只要合理就值得肯定。结语：让太阳的能量点亮未来同学们，今天我们从校园的光伏路灯出发，走进了太阳能的微观世界，看到了它在生活、公共设施、国家能源中的广泛应用，也讨论了它的优势与挑战。正如你们实验中看到的，一片小小的太阳能板，就能让LED灯亮起；无数片这样的板子，就能点亮一座城市、一个国家。3思维拓展：设计“未来太阳能城市”我始终记