研究性学习《小型风力发电机的研制》

1、和平街第一中学研学手册编号： 届 号天祝藏族自治县第一中学 研究性学习手册（2011-2012学年度） 课题名称 ： 班 级 ：课题组长 ： 课题组员 ： 指导教师 ：17目 录1. 研究性学习课题开题报告 （ ）2. 课题研究活动记录 （ ）3. 结题报告（ ）4. 课题研究自我总结（ ）5. 研究性学习课题评价表 （ ）6. 研究性学习成绩评价与学分认定表 （ ）研究性学习课题开题报告课题名称小型风力发电机的研制主导课程物理 课题组长 指导教师 开题时间 课题组成员及分工姓名班级分工 总负责 活动记录 负责设计实验，参与研究活动 负责研究活动中的影像资料 制作PPT、整理资料 负责设计实验

2、，参与研究活动 查阅资料 制作PPT、收集与整理资料 收集与整理资料研究背景: 21世纪世界进入新的能源时代，化石能源等不可再生能源的匮乏促进新能源的发展。风能作为一种清洁的可再生能源，排放废物少、绿色环保，越来越受到世界各国的重视，随着技术的进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可与燃煤发电竞争，中国风能储量大、分布广。“十一五”期间中国并网风电得到迅速发展，2007年我国风电企业产业规模呈延续爆发式增长态势，我国已进入可再生能源大国的行列。2008年以来，国内风电建设的热潮达到白热化的程度。全球风电装机快速增长，风电成本下降约20%，是可再生能源技术中成本降低最快的技术之一。面对日益

3、严峻的资源形式，风力发电会有更广阔的市场。当前由于能源和环境等许多问题，风力发电机作为一种清洁能源和可再生能源，而受到全球性的广泛关注和高度重视我国的风力资源极为丰富，绝大都数地区的平均风速度都再每秒3米以上（从经济的合理出发，风速每秒4米才适宜于风电）特别是在东北，西北，西南高原和沿海岛屿，平均风速更大。 天祝的风能资源十分丰富，具有较大的开发价值针对现今资源现状和风力发电前景我组建立了研究课题研究目的与意义：对现代资源现状有所了解，认识全球资源状况，对于全球严峻资源形势有自己的见解。了解风力发电机的基本原理，制作小型发电机，关注新能源的发展，倡导绿色能源的利用，对现代新型能源有更深的了解。

4、通过小型风力发电机的研究，培养科学探究精神，提高实践创新能力。研究内容： 小型风力发电机的原理及模型制作；风力发电对人们生活的影响。研究方法：观察法、实验法课题研究计划：分三个阶段：1.前期资料收集 2.资料整理及设计构图 3.制作模型预期外出活动： 科技馆参观预期研究成果： （1）以课题报告、制作实物作品、ppt（2）研究活动过程记录的影像资料、（3）研究性学习指导手册；指导教师课题建议： 本课题有一定研究意义，从理论上讲可操作，但实际制作中会遇到很多困难和问题，前期的准备工作要做充分，如发电机模型的改造、风力的来源、灵敏电流表等，无论成功与失败，研学的过程是最重要的。指导教师签字：课题研究

5、活动记录（1）时间 地点 成员 学习影响电流大小的理论，为后期制作小型风力发电机做准备方式：阅读材料，共同商讨过程：（1）咨询老师，确定需了解的知识点，明确学习目标：电流感应式 感 = nBS （2）查询资料，定制学习计划，打印整理 （3）给各个成员下发资料分别阅读，熟悉内容。 （4）集中讨论，加深了解，深入学习活动体会或收获：团队的力量是巨大的，虽然我们在研学时接触到的知识具有一定难度但在大家的讨论下弄懂了知识，接触到了不同的学习方法。指导教师意见： 这个课题的理论知识学生没有学过，但通过这个研学课题促进了学生自学的愿望，提高了自学的能力，同时获得了一定的知识，学生们很高兴，这种有兴趣的自觉

6、自愿的学习应是我们现在的课堂教学要提倡和改进的。 在感 = nBSw中，影响感生电流的因素有线圈的匝数n，磁场强度B，线圈面积S，在实际操作中，磁场强度B是不能改变的，要改变电流，要从改变nS上想办法。课题研究活动记录（2）时间 地点 成员 目的：通过对照试验加深对影响电流大小因素的认识，便于熟练应用于今后风力发电机的制定。方式：动手实验。过程：1.设计实验 A.方法：控制变量法B:设计表格选用磁场相同的磁铁，线圈，面积相同保持不变转速线圈序号N1N2N3N4电流（微安）匝数2.实验过程A:准备材料1.与老师沟通节器材2.确定实验地点B:进行试验（1）.实验器材：灵敏电流表，导线，磁铁，多个不

7、同线圈匝数的线圈（2）. a完成电路转动线圈有电流产生 b.安如线圈数较少的线圈转动，电流表，偏转，记录下电流表示数c.换线圈匝数中等的线圈，转动，记录电流表示数。d换线圈匝数最多的线圈，记录电流表示数。3.实验数据： 线圈N1N2 N3电流（微安）5914匝数最少标准最多4.实验过程中出现的问题：A转动无电流，导线缠绕是否有问题？B.解决办法：更换线圈，重新检查电路。C.成果：更换后成功出现电流，证明导线缠绕匝数出现问题5.结论：发电机中，匝数控制变量线圈数越多，产生电流越大。活动体会或收获： 我们自己动手设计实验，完成实验，在实践中解决问题，锻炼了我们的动手及解决问题的能力，成功验证了产生

8、电流大小受线圈数影响，线圈数越多电流越大，为之后模型制作打基础。指导教师意见： 为了检测感生电流的有无以及大小，学生们设计了一套比较完整的实验方案，用到了控制变量法，非常好。这套实验方案符合科学探究的要求，但在表格设计只考虑了一个变量因素，线圈匝数n，没有实验线圈面积S对电流的影响。最好在后期的实验中加以完善。课题研究活动记录（3）时间 地点 成员 目的：制作帆叶方式：集体讨论，动手制作。过程：1：讨论A讨论设计帆叶的大体形状，列出所需材料。B讨论成果：帆叶模型草图 材料：初步讨论用竹条，塑料布，细铁丝，手钳子。2：动手制作：A用细铁丝将竹条连接成类似圆锥状帆叶骨架。B把塑料布固定在骨架C存在

9、问题：竹条之间连接不紧转动时易散架,塑料布易破损，骨架始终固定不牢。D实验结果：尝试失败，但积累了一定经验，并决定更换帆叶的制作材料。E再次讨论：计划下次试验，决定使用更坚固易连接的机器人部件制作帆叶，代替旧帆叶，代替旧帆叶材料。活动体会或收获：失败不可怕要坚定信心，找出解决问题的办法。虽然此次制作不顺利但为以后的制作积累了经验。指导教师意见：发电机的能量转化是将机械能转化为电能。因为是风力发电，所有能量的转化为：风能机械能电能。在这里机械能的获得是关键，风叶转到获得机械能是学生们最容易想到的，因此他们开始制作风叶。由于对风叶的固定、材料的选择（轻、结实）、转到的阻力等考虑不周，导致这次制作的

10、失败。找到失败的原因，总结经验，再次改进，学会科学的研究方法，以科学的精神研究问题这是最宝贵的，过程比实验的结果更重要。课题研究活动记录（4）时间 地点 成员 活动内容目的：制作发电机发电部分。方式：集体商讨动手制作。过程：1：讨论所用材料，时机模型。A材料：灵敏电流表线圈，磁性较强的电磁铁，塑料底座。B所用知识：切割磁感线产生电流C模型：2.制作A用铜线增加线圈匝数，注意接头部分的连接，防止出现接触不良。B连接电路选用磁性较强的两块磁铁卡在塑料底座上涌螺钉将线圈架在磁中，用导线连接电流表。C转动线圈观察电流表示数要注意线圈转向，若电流表出现负值转向有误及时调整。D多次尝试，并增大线圈匝数，产

11、生更多电流。活动体会或收获：书本上的知识只有通过亲手验证才能更深入的体会，此次实验给了我们这个机会。我们通过切割磁感线产生电流这一知识点初步制作出了发电部分，获益匪浅。指导教师意见： 已有了理论知识，要亲自动手实践了。一定操作你会发现，书本上的只是一些理想情况，但在实际操作中会有这样那样的阻碍和影响，怎样减少外来影响从而获得更大的电流是一个逐步摸索的过程，实际和理论还有一段距离。实际操作加深了对理论知识的理解，将理论知识和实际应用有机结合起来是以后我们处理问题的科学态度和方法。课题研究活动记录（5）时间 地点 成员 活动内容：（目的、方式、过程）目的：利用乐高部件制作帆叶与帆叶基底方式：用乐高

12、部件以有效的的搭建技巧，搭建出简约、坚固的帆叶与帆叶基底。过程：用梁、销、轴、齿轮、轴套等部件，用有效地搭建技巧，搭建出以下成品。活动体会或收获： 平时积累的乐高搭建技巧在这时起了不小的作用，将繁化简，使团队的进度又向前迈了一步！指导教师意见：实验过程写的过于简单，不能完全表达设计思想，最好配以图片说明。能将机器人社的乐高部件应用于此，可见学生的迁移能力和创造性，灵活处理问题的能力也是研学所要培养的。课题研究活动记录（6）时间 地点 成员 活动内容：（目的、方式、过程）今天我们制作了发电部分，起初我们没有什么好的想法，后来我们由以前的模型联想到了用乐高机器人部件来仿造同一个发电部分。 经过各方

13、努力，我们争取到了乐高机器部件。起初只是简单的拼装，后来经过我们的研究用了以前的模型和乐高部件一起结合起来。有了这个想法，我们大家开始既有分工又有合作的干了起来。先是基底做好了、磁铁接到了基底上、线圈放在了磁铁中间，几经调试将磁铁和线圈结合在一起了。接下来就是将发电装置和帆叶并用传动装置结合起来，这看起来很简单，三下五除二就连在了一起。但新的问题出现了，当帆叶转动时灵敏电流表没有示数，这是为什么呢？大家开始纷纷议论，每个人都说出了自己的想法，解决了大家提出的问题后还是没有效果。于是我们就去询问老师，最后发现时线圈的问题，由于我们的线圈是绝缘体不能导电，才导致电流表没有示数。熊老师果断的换上了原

14、先的线圈，并用简单酸奶吸管将铁线圈和乐高传动装置连在了一起，而且还相当稳固！我们都赞叹老师这简单而又实用方法，当帆叶转动时电流表一下就有示数了，大家都欢呼着！后来老师建议我们换一个帆叶，因为以前的帆叶所产生的动力太小了，起初我们有塑料袋来代替，尝试了几次后发现效果不明显，这时老师建议我们用风车来代替，这真是一个不错的主意。换上风车后动力有了很大的进步，而且产生了很大的电流，这离我们的成功又近了一步。活动体会或收获：在这次实验中体现了团队的重要性，大家在明确的分工中又有合作，团队精神无处不在。在解决问时大家集思广益，之后将大家的想法结合在一起就会有很大的成效，比如：当一切都准备好了却没有电流产生

15、时，大家纷纷查找问题所在，最后发现线圈面积太小产生不了足够的电流。后将线圈改进，成功完成实验。 只要大家齐心协力就能将任务完成！指导教师意见： 最后的改进工作着实费了一番功夫，线圈面积的问题，扇叶面积的问题，风力的问题，都在学生的积极思维中改进了，成功了，我看到了学生们的积极性和创造性，以及很强的动手能力，不怕困难的精神，勇于探索的决心。通过这次研学，我想同学们收获很大，科学的研究态度，不怕困难勇往直前的勇气，善于总结反思的精神，这些都会对将来的学习起到积极的促进作用。小型风力发电机的研制课题结题报告组长： 组员： 指导教师：我们组的研究课题是小型风力发电机的研制。经过最初的查找资料，确定研究

16、方向到设计模型及成功制作小型风力发电机，每一个成员都有所收获。当前由于能源和环境等许多问题，风力发电机作为一种清洁能源和可再生能源，而受到全球性的广泛关注和高度重视。我国的风力资源极为丰富，绝大都数地区的平均风速度都再每秒3米以上（从经济的合理出发，风速每秒4米才适宜于风电）特别是在东北，西北，西南高原和沿海岛屿，平均风速更大。根据这一研究目标，我们进行了一系列的研究。首先是资料的收集。有与风力发电设计的知识范围十分广，我们无处着手，经过老师与小组成员的沟通，我们决定从风力发电的现状，风力发电机的原理以及理论依据这三方面进行资料收集。资料收集完后我们进行学习，由于知识有限，在老师帮助下我们学习

17、了高二课本中的电磁感应式：感生电动势=转速×磁场强度×匝数，并根据此原理设计了接下来的要进行的对照实验。在实验过程中，由于对器材不了解发生了电路接好后却无电流产生的情况，经过多次细心检查，发现是电路线圈中铜丝接口处松动，连接好后成功的完成了实验。通过对实验原理的应用，我们设计出了小型风力发电机的发电部分，有线圈，导线，磁铁，灵敏电流表等一系列原件组成。风力发电机的原理之一是利用风力带动车叶片旋转，来促使发电机发电，我们接下来便开始制作小型风力发电机的动力部分枫叶。我们初步设想用竹条，铁丝，制作骨架，但是在经过多次尝试后发现存在连接不牢固，易松动变形等问题，于是我们转而寻求其

18、他办法，经过讨论与老师的沟通决定采用乐高机器人部件来制作帆叶部分与发电部分。我们用乐高机器人部件搭建出的风力发电模型进行了实验室实验（嘴吹与吹风机吹）、室外实验（自然风）。发现由于整套机械的传动摩擦仍较大，最后团队达成共识：将乐高部件拼出的立体帆叶替换成质量较小的纸制小风车形装置（视频中有体现）。通过此次研究性学习，我们小组各成员对资源紧缺现状及未来能源发展趋势有了了解。我们认识到风力发电值得我们深入研究。研学过程中，锻炼了我们发现问题解决问题的能力。成员之间有了明确的分工与合作，培养了团队意识。实验，模型制作提高了我们动手能力和创新能力，在此次研学活动中我们受益匪浅。小型风力发电机的研制 课

19、题研究自我总结 A ：我们小组研究的如何制作小型风力发电机，刚开始我们大胆设计了模型，但在制作时发现用我们身边现有的材料根本无法制作出发电机的帆叶部分。于是我们想到了利用乐高部件来制作，果然在尝试之后，发现用乐高部件制作出的模型更加坚固、耐用。通过这个过程，我意识到在遇到困难时要集思广益努力搜集解决困难的办法，只有想不到的，没有做不到的！ B：第一次研学，难免有点手忙脚乱。在过程中，也遇到了许多问题。但小组的其他成员都能够互相配合和互相支持。研学活动中遇到瓶颈时没有人说放弃，而都彼此勉励，并且付出了很多也收获了很多。洒下汗水收获了知识与快乐、以及小组成员间团结协作的情谊！ C：这次研学活动中，

20、我们遇到了许多问题，可是通过我们的合作与努力，我们一一解决了这些问题。在此过程中，我们不仅体会到了通过实践学习知识的乐趣，而且在自己动手制作的过程中，提高了动手能力，学会了与他人合作，坚定了向着目标不停前进的意志。 D：在这次活动，我进一步认识到合作的重要性，更是认识到自己在团队中能更好地提高能力！ E：通过这次活动，我体会到了团队的重要性，大家在明确的分工中又有合作，团队精神无处不在。同时这次这次研学活动，增长了我的知识与见识，丰富了自己的课余生活，与此同时也使我对物理有了更加深入的了解，我希望我们将来能合理利用家乡的风力资源，使人人受益！ F：在这次活动中，我尽全力为小组出谋划策。不仅学到

21、了不少知识，而且也锻炼了我的能力。 G ：通过本次研学活动，我切身感受到了团队的力量。在研学过程中，组员们分工中有着合作，体现了我们团结协作的精神。作为组长的我，带领全队精英制作出了比预期效果更好的成果。研学之后，我感到，没有我们做不到的，只有我们想不到的！我希望在下次研学活动中，仍与他们结队，研究更加有意义的项目！自我评价在本次研学活动中，每各成员都积极参与信息搜集与整理、理论学习、模型制作、成果验收，投入了很大精力。在实践过程中遇到了较多难题，如，制作模型成功后转动摩擦仍然较大等。但我们勤于思考，仔细寻找出现问题的根源，并不断改进，一次次解决难题，充分体会了研学的过程。我们也遇到过瓶颈，出

22、现望着一堆材料而无从下手的局面、初步制作成功后达不到预期效果的情况。也曾经丧失过信心，但最终在小组成员的坚持与努力下；在不断解决难题中；在熊老师的指导下，取得了丰硕的成果。 或许，在别人眼中我们的研学并不是很完美，但对于我们来说此次研学活动无疑是很成功的，对我们今后的研究性学习打下了坚实的基础。 教师评价整个研学过程是很完整的，很成功的。这里面有资料的收集整理，理论知识的学习，实验装置的设计与安装，一次次失败一次次改进，从而取得最后的成功。从研学的过程中，我看到了同学们的积极思维，巧妙的设计，积极的探索，科学地创新，很强的动手能力，以及团队的合作精神，这些都让我很受感动，我看到了孩子们的课堂学习之外的另一面，积极、合作、创新、不怕困难不服输的精神。这比书本上的知识更有意义，将是孩子们一生的财富。“没有我们做不到的，只有我们想不到的”，这不只是木拉丁的感受，团队中的每一个人都深有体会，当然，也包括老师。希望这样的研学活动继续做下去。小型风力发电机的研制