可再生能源附加套装

手摇发电机

通过手摇发电机探索机械能转化成电能的过程。

45-90分钟
高级
年级 6-8
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1. 联系

(5-10分钟)

发电机能将机械能转换成电能。通过手摇手柄可操作发电机。我们摇手柄的速度越快,发电机发的电也就越多。

立即搭建手摇发电机并研究其发电能力。

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2. 建构

(20-25分钟)

搭建手摇发电机和焦耳吉普小车
(搭建说明手册 1A 和 1B,参考第 15 页步骤 16)。

• 测试模型的功能。松开衬套可减少摩擦
• 适当连接插头,将它们紧紧地压在一起
• 确保在测试前将焦耳 (J) 读数归零

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测试设置
为焦耳吉普小车标记起跑线

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3. 反思

(20-25分钟)

手摇和行驶
本任务要求学生研究手摇发电机在 60 秒的时间段内可积聚多少焦耳 (J) 的能量,并了解这些能量可供焦耳吉普小车行驶多远的距离。

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首先,让学生在坐标系中标出他们的预测值,以显示他们在 60 秒的时间段内可积聚多少焦耳的能量。

然后,让学生研究通过摇动手摇发电机手柄在 60 秒内可积聚多少焦耳的能量。让他们每隔 10 秒读取并记录一次研究结果,再让他们将研究结果标在预测值所在的坐标系上。

接下来,让学生弄清楚所积聚的这些能量可供焦耳吉普小车跑多远距离。

研究结果会有所变化;学生将会看到,焦耳吉普小车的行驶距离会根据积聚能量值的不同而变化。

提出如下问题帮助学生对他们的研究进行回顾:
• 你根据什么因素进行的预测?
• 你能解释你的研究结果吗?
• 你能在研究结果中找出某种模式或趋势吗?

在给定时间内,所积聚的能量值与摇动手柄的速度成正比。

• 你如何确保你的研究结果科学可靠?

学生需进行数次研究,以确保研究结果一致,且焦耳吉普小车每次都从相同起点并在相同跑道路面上行驶。

你知道吗?
惰齿轮只改变转动方向, 不影响输出速度。

4. 拓展

(25-30分钟)

加速
(搭建说明手册 1A 和 1B,参考第 16 页步骤 1)。

本任务要求学生研究重新搭建的手摇发电机在 60 秒的时间段内可积聚多少焦耳 (J) 的能量,并了解这些能量可供焦耳吉普小车行驶多远的距离。

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首先,让学生重新搭建手摇发电机的齿轮装置。 然后,让学生根据他们所知的齿轮的具体特点, 在坐标系中标出他们的预测值,以显示他们在 60 秒的时间段内可积聚多少焦耳的能量。

然后,让学生研究通过摇动手摇发电机手柄在 60 秒内可积聚多少焦耳的能量。让他们每隔 10 秒读取并记录一次研究结果,再让他们将研究结果标在预测值所在的坐标系上。

接下来,让学生弄清楚所积聚的这些能量可供焦耳吉普小车跑多远距离。

研究结果会有所变化,我们会发现所积聚的能量值明显增加。理想情况下,学生应预测出能量值增长率为 60%。焦耳吉普小车的行驶距离取决于所积聚的能量值。

识别变量
让学生识别并写出至少三个变量,阐明这些变量如何影响手摇发电机和焦耳吉普小车的效率。

有些因素可能包括改变齿轮装置、手柄长度、摇动手柄的速度、手柄摇动人的气力和手摇发电机的结构稳定性所产生的效果。焦耳吉普小车的效率会受到小车质量、齿轮装置、摩擦和跑道路面的影响。

你知道吗?
描述食物产能潜力的单位是卡路里 (cal)。 通常,1 卡路里为 4.2J。

教师支持

学生们将会探究下列概念:
科学
• 能量传输
• 能量存储
• 能量转换
• 科学调查
• 系统观察
• 证据解读

技术
• 建构模型
• 产品设计
• 评估
• 使用机械齿轮

工程
• 工程设计
• 鉴别能量
• 研究并评估变量

数学
• 角度、比率和比例的应用
• 对距离/时间/速度/功的非正式和正式测量
• 绘图
• 选择合适的方法进行评估和测量

简单动力机械套装
可再生能源附加套装
直尺或卷尺
直尺或卷尺
秒表或计时器

科学
能量传输
能量储存
能量转换
科学调查
系统观察
证据解读

技术
建构模型
产品设计
评估技术设计
使用机构——齿轮

工程
工程设计
鉴别能量
研究并评估变量

数学
角度、比率和比例的应用
对距离/时间/速度/功的非正式和正式测量
绘图
选择合适的方法进行评估和测量

学生材料

学生学习单

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