專利名稱：太陽高度與太陽能獲得量模擬實驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種教具。特別是一種太陽高度與太陽能獲得量模擬實驗裝置。
技術背景
地球上的能源大多來自太陽，地球平均每天獲得27.4×1020J的太陽能，但是，由于地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，使得太陽與地球表面的同一地點在不同時間的距離是不同的，因而該地區(qū)在不同時間從太陽獲得的太陽能是不同的，這種能量的分配是具有一定的規(guī)律的。
為了驗證這一點，對于學生而言，不可能在地球的同一地點測量每年365天不同時間獲得的太陽能，因此，學生只能憑想象對這一自然規(guī)律進行理解，不能獲得實驗的感性認識
實用新型內(nèi)容
本實用新型旨在提供一種教具，它可以直觀地演示在地球上任一地區(qū)，在不同時間與太陽有著不同的距離，對于不同高度的太陽，該地區(qū)獲得不同量的太陽能的模擬實驗，加深學生對這一規(guī)律的理解。
本實用新型包括平行光源，太陽能電池板，角度旋轉(zhuǎn)計量裝置，電流表和調(diào)節(jié)裝置；其中太陽能電池板與角度旋轉(zhuǎn)計量裝置相互垂直連接，以角度旋轉(zhuǎn)計量裝置調(diào)節(jié)太陽能電池板的傾斜角度，平行光源照射到太陽能電池板；太陽能電池板、電流表和調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成串聯(lián)電路。
其中，
角度旋轉(zhuǎn)計量裝置可以包括量角器。
調(diào)節(jié)裝置可以是電位器。
本實用新型中平行光源可以視為太陽光，隨著角度旋轉(zhuǎn)計量裝置調(diào)節(jié)的太陽能電池板的不同傾斜角度，可以象征地球上的某一地區(qū)，由于自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)形成的不同傾斜角度，即可視為該地區(qū)在不同時間與太陽的不同距離。
由于本實用新型平行光源照射到太陽能電池板；由于太陽能電池板與角度旋轉(zhuǎn)計量裝置相互垂直連接，因此，當以角度旋轉(zhuǎn)計量裝置調(diào)節(jié)太陽能電池板的傾斜角度時，太陽能電池板便以通過圓心的水平直徑為軸，相對平行光源轉(zhuǎn)動相應的的角度。同時，平行光源照射到太陽能電池板后，可以產(chǎn)生不同強度的電流，通過調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)，在串聯(lián)電路中的電流表中顯示不同的電流強度。這樣，通過本實用新型的實驗，轉(zhuǎn)動角度旋轉(zhuǎn)計量裝置，測量出太陽能電池板與平行光源的夾角，再通過電流表測量電流的大小，可以得知太陽能電池板與平行光源不同的距離可以產(chǎn)生不同的電流強度，經(jīng)過多點測定后，便可驗證太陽對地球表面不同地點，不同時間發(fā)射的不同的太陽能。
綜上所述，本實用新型是一種教具，它可以直觀地演示在地球上任一地區(qū)，在不同時間與太陽有著不同的距離，對于不同高度的太陽，該地區(qū)獲得不同量的太陽能的模擬實驗，加深學生對這一規(guī)律的理解。


圖1為本實用新型整體示意圖。
圖2為本實用新型電路原理示意圖。
圖3為實施例1中理論功率的推導示意圖。
圖中1-平行光源，2-太陽能電池板，3-角度旋轉(zhuǎn)計量裝置，4-電流表，5-調(diào)節(jié)裝置。
具體實施方式
試驗1
利用本實用新型進行模擬實驗的設計思路
1，太陽距地球大約1.5×1011m，可視為無窮遠，太陽光到達地球已近似平行光線，因此平行光源1可以視為太陽光。
2，采用了硅光電池組(TCA)作為太陽能電池板2，采用微安表作為電流表4，太陽能電池板2與角度旋轉(zhuǎn)計量裝置3垂直連接。
3，太陽能電池板2、電流表4和調(diào)節(jié)裝置5構(gòu)成串聯(lián)電路。
模擬實驗及分析
a)改變角度變化及量度裝置的角度，測得在不同太陽高度時的電流值，用公式P＝I2R算出對應的功率；分別與最大功率值(h⊙＝90°時的值)之比，見下表。
b)查出不同太陽高度時正弦函數(shù)值，并算出相應的理論功率值一并填入上表。
理論功率P＝Pm.sinh⊙的推導如附圖3，設太陽能電池板在與平行光成90°時獲得功率為最大值Pm，當AO轉(zhuǎn)至A′O位置時與光線成α角，這時獲得光能的有效面積為A′O′，
則
＝sinα＝sinh⊙
P＝Pm·sinh⊙
根據(jù)測得的電流值I代入公式P＝I2R (實驗中R為定值，由于我們主要是看各數(shù)值的比例關系，所以為簡化過程，在隨后的計算中將R省略)算出相應的各緯度上的功率值與理論值比較。
其規(guī)律是陽光垂直照射時的能量損失很小(因太陽能電池板的反射作用，雖有一層一氧化硅抗反射膜的存在減少了光的反射，但仍存在因反射而造成的能量損失)。隨著緯度的升高(太陽高度減小)太陽能被反射越多，也就是地面獲得的太陽的越來越少。這與物理學中關于光能的計算的理論是統(tǒng)一的。
權(quán)利要求1，一種太陽高度與太陽能獲得量模擬實驗裝置，其特征在于包括平行光源，太陽能電池板，角度旋轉(zhuǎn)計量裝置，電流表和調(diào)節(jié)裝置；其中太陽能電池板與角度旋轉(zhuǎn)計量裝置相互垂直連接，以角度旋轉(zhuǎn)計量裝置調(diào)節(jié)太陽能電池板的傾斜角度，平行光源照射到太陽能電池板；太陽能電池板、電流表和調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成串聯(lián)電路。
專利摘要一種太陽高度與太陽能獲得量模擬實驗裝置。涉及一種教具。它可以直觀地演示在地球上任一地區(qū)，在不同時間與太陽有著不同的距離，對于不同高度的太陽，該地區(qū)獲得不同量的太陽能的模擬實驗，加深學生對這一規(guī)律的理解。包括平行光源，太陽能電池板，角度旋轉(zhuǎn)計量裝置，電流表和調(diào)節(jié)裝置；其中太陽能電池板與角度旋轉(zhuǎn)計量裝置相互垂直連接，以角度旋轉(zhuǎn)計量裝置調(diào)節(jié)太陽能電池板的傾斜角度，平行光源照射到太陽能電池板；太陽能電池板、電流表和調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成串聯(lián)電路。用于教學，可以使學生得到感性知識加深理解。
文檔編號G09B23/06GK2770016SQ20042008543
公開日2006年4月5日 申請日期2004年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月22日
發(fā)明者田園, 田中智 申請人:田園