Курс: «Физика и механика», модуль «Возобновляемая энергия»
Солнечный ЛЕГО®-автомобиль
Самый первый электромобиль бы выпущен в 1899-том году. Тогда это чудо техники превышало скорость в 100км. Созданная машина внешне была похожа на снаряд. А материал ее корпуса алюминий. Машина достигала мощности в 70 лошадиных сил. А ее вес насчитывался до 1000 килограмм.
Физика
  • Преобразование энергии
  • Передача энергии
Технология
  • Усовершенствование модели
  • Сборка модели
  • Оценка качества сборки
  • Механизмы – шестерни, колеса, оси
Проектирование
    • Конструкторские расчеты
    • Определение вида энергии
    • Исследования и измерения
    Математика
    • Расчет скорости
    • Измерение расстояний
    • Регистрация показаний приборов
    • Измерение времени
    В технический словарик
      • Эффективность
      • Солнечная ЛЕГО®-батарея
      • Скорость
      Дополнительно потребуется
        • Гладкая плоская плита длиной не менее 150 см
        • Лампа накаливания 60 Вт, высокоэффективный галогеновый источник излучения или лю- бой источник, излучающий в инфракрасном диапазоне (длина волны > 800 нм)
        • Светильник с параболическим отражателем
        • Липкая лента или маркер для разметки линий «старт» и «финиш»
        • Линейка или измерительная рулетка
        • Секундомер или таймер
        Установление взаимосвязей
        Солнечный автомобиль использует солнечную энергию (или другого источника излучения), которая превращается в электрическую энергию при помощи солнечных батарей. В моторе автомобиля электрическая энергия преобразуется в механическую, которая и обеспечивает движение автомобиля.

        Соберем модель солнечного автомобиля и исследуем, как передаточное отношение в редукторе и размер колес влияют на его скорость.
        Конструирование
        Сборка модели Солнечного автомобиля
        (Технологические карты 5А и 5В, с. 38, шаг 24)
        • Проверьте качество сборки и работоспособность модели. Ослабление втулки может уменьшить трение.
        • Плотно соедините разъемы.
        Подготовка эксперимента

        • Поместите солнечную батарею под источник света.
        • Подготовьте лампу накаливания (60 Вт), высокоэффективный галогеновый источник излучения или любой другой источник, излучающий в инфракрасном диапазоне (длина волны > 800 нм).
        • Установите солнечную батарею под источником света в середине светового пятна от лампы. Лучше всего использовать светильник с параболическим отражателем такого диаметра, чтобы в поперечном сечении он полностью перекрывал поверхность батареи.
        • Подготовьте освещенную испытательную дорожку. Для этого закрепите несколько ламп на высоте 100 см над дорожкой.
        • Чтобы облегчить ученикам измерение рас- стояния от лампы до солнечной батареи, нанесите метку на поверхность лампы в ее центре.
        • На поверхности дорожки отметьте линии старта и финиша на расстоянии 100 см друг от друга.
        • При необходимости можно слегка под- толкнуть модель, чтобы помочь ей начать движение.
        Внимание!

        При сильном нагреве солнечная ЛЕГО®- батарея может выйти из строя, поэтому при выполнении задания всегда размещайте лампу на расстоянии не менее 8 см от поверхности батареи. Следите за тем, чтобы учащиеся обращались с лампой очень осторожно!
        Рефлексия
        Движение при использовании зубчатых пар с различными передаточными отношениями

        Учащиеся должны исследовать, как скорость движения солнечного автомобиля зависит от передаточного отношения зубчатой передачи и размеров больших задних колес.
        Прежде всего, предложите ребятам подумать, с какой скоростью будет двигаться солнечный автомобиль с зубчатой парой, передаточное отношение которой равно 5:1.

        Затем попросите учащихся экспериментально определить скорость движения автомобиля с передаточным отношением зубчатой передачи 5:1. Для расчета скорости пользуйтесь формулой:
        где скорость измеряется в м/с.

        Результаты будут различаться в зависимости от ис- пользуемого источника света и зависят от трения колес.

        После этого замените зубчатые колеса модели, установите передаточное отношение 3:1 и попросите учащихся вновь измерить скорость.
        (Технологические карты 5А и 5В, с. 42, шаг 4)

        Полученные данные будут разными. Учащиеся обнаружат, что автомобиль с передаточным отношением зубчатых колес 3:1 движется быстрее.

        Чтобы проверить, как учащиеся усвоили материал, за- дайте им следующие вопросы:

        • Какие факторы вы учитывали, выдвигая свои предполо- жения?
        • Как вы можете объяснить полученные вами результаты?
        • Можете ли вы определить закономерность полученных результатов?
        Самое быстрое движение обеспечивается при передаточ- ном отношении зубчатой пары 3:1.

        • Чем обеспечивается достоверность полученных вами результатов?
        Необходимо провести измерения несколько раз при одина- ковых условиях, то есть не менять положение солнечной батареи и её расстояние от источника света.

        Развитие
        Движение на самых маленьких колесах

        (Технологические карты 5А и 5В, с. 44, шаг 6)

        Учащиеся должны измерить скорость солнечного авто- мобиля с двумя маленькими задними колесами и зубча- той парой, передаточное отношение которой равно 3:1.

        Прежде всего, предложите ребятам подумать, с какой скоростью будет двигаться солнечный автомобиль с тремя одинаковыми маленькими колесами и зубчатой парой, передаточное отношене которой равно 5:1.
        Пусть после этого они измерят скорость солнечного ав- томобиля с такими характеристиками и запишут резуль- таты своих измерений и расчетов.

        Полученные результаты будут различаться в зависи- мости от используемого источника света и зависят от трения колес о поверхность испытательной до- рожки.

        Предложите учащимся проанализировать свои резуль- таты и сравнить их с результатами, полученными в ходе измерений скорости солнечного автомобиля с пере- даточным отношением зубчатой передачи 3:1 и двумя большими задними колесами.

        Результаты будут разными, но во всех случаях сол- нечный автомобиль с большими колесами пройдет дистанцию быстрее, даже при одинаковой скорости вращения оси колес, только за счет большей длины окружности.

        Параметры, влияющие на результат

        Предложите учащимся определить и выписать не менее трех параметров, влияющих на скорость движения солнечного автомобиля, и объяснить, в чем и как это выражается.

        К факторам, влияющим на скорость движения авто- мобиля, можно отнести мощность источника света, трение, диаметр колес, массу автомобиля и пр.

        Дополнительное задание

        Пусть ребята оптимизируют параметры солнечного автомобиля.
        Made on
        Tilda