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《太阳能热水器》教学设计
教材分析
本课是在《谁热得快》一课的基础上，从学生生活中常见的太阳能热水器入手，通过研究太阳能热水器的结构，了解太阳能热水器的工作原理，进一步认识到太阳能热水器的优点，发现存在的问题与不足，并提出有针对性的改进方案，激发学生学科学、用科学的热情，培养学生乐于用学到的知识改善生活的愿望与情感态度。
学情分析
本课教学内容学生都有所了解，几乎每一个学生家庭都有太阳能热水器，但学生对于太阳能热水器的构造、工作原理和材料的了解还是较为陌生的，知之甚少，需要学生实际观察太阳能热水器，了解材料性能等，以便建构太阳能热水器的“原型”，为设计、制作太阳能热水器做铺垫。
学习目标
1.会查阅书刊及其他信息源获取关于太阳能热水器的资料；能对影响太阳能热水器吸热能力的因素作假设性解释，并能选择适合自己探究的问题进行研究；能提出探究太阳能热水器吸热能力的大致思路。
2.善于用学到的知识对太阳能热水器提出改进建议，改善生活；积极查阅资料，关心新科技、新发明，认识到科学技术是不断发展的；愿意合作交流。
3.知道太阳能热水器吸收、利用太阳能的特点；了解人类对太阳能的利用。
教学重难点
重点：太阳能热水器吸收、利用太阳能的特点。
难点：设计、制作太阳能热水器。
评价任务
1.知道太阳能热水器吸收、利用太阳能的特点。
2.设计、制作太阳能热水器。
教学准备
锥子、粘纸、乳胶管、钳子、铁丝、空易拉罐，常见太阳能热水器的图片，搜集有关太阳能热水器的文字资料等。
教学过程 2/4
一、导人新课
上一节课我们学习了不同的物体吸热本领不同，这节课我们就来研究太阳能热水器，并用上节课所学的知识，研究一下如何更好地利用太阳的光和热。（板书课题：《太阳能热水器》）
二、探究新知
活动一：认识太阳能热水器的种类及发展历程。
1.关于太阳能热水器，你搜集到了哪些资料？以小且为单位，把你搜集的有关太阳能热水器的资料介绍给大家。
基于单片机的太阳能热水器控制系统设计
本文设计了一种适合于家用、高性能的太阳能热水控制系统。系统以AT89S52单片机为控制核心，采用PCF8563实时时钟，能够实现温度、水位检测、报警、按键输入、液晶显示信息等功能。系统具有控制精度高、抗干扰能力强、实用方便等优点。
标签：太阳能热水器；AT98S52；水温；水位
太阳能作为绿色环保的能源在现今社会的使用相当普及，太阳能热水器是太阳能利用最常见的一种装置，它将太阳能转化为热能，将水从低温加热到高温。本文设计的太阳能热水器控制系统以单片机AT89S52为主控芯片，能够实时测量水温、水位，并将数据显示于液晶屏，同时显示时间；可以根据用户实际需求和季节变化预先设置水位和温度；根据天气情况启动辅助加热（电加热），使水温达到预先设定的温度；同时通过软件来实现自动上水、循环加热、防冻控制、自动报警等功能[1]。
1 系统主要硬件设计
太阳能热水器控制系统采用MCS-51系列单片机AT89S52作为主控芯片，本系统主要由水位检测电路、温度检测电路、键盘输入、液晶显示、报警电路、数据存储、通讯接口、时钟电路、输出控制电路等部分组成[2]，系统框图如图1所示。
1.1 温度检测电路
在整个太阳能热水器控制系统中温度的检测对整个系统能否选择正确的工作状态起着重要作用。根据系统测量精度要求及考虑成本因素，温度传感器选用热敏电阻，通过多个热敏电阻分别来检测供水箱温度、集热器温度、出水管温度、回水管温度，采集到的信号放大后送多路模拟开关CD4052，在此选用ADOP-07放大器。再经电压/频率转换器LM331实现A/D转换[3][4]，最后送至AT89S52的T0通道，通过软件实现温度参数计算。
1.2 水位检测电路
水位检测选用不锈钢针进行采样，水位高度分为5级，用5根不锈钢针分别置于水箱内的5个不同高度位置。当水位低于钢针高度时，输出为高电平；水位高于钢针高度时，输出为低电平。采样得到的信号经电子开关CD40106送至单片机P2口，单片机根据引脚状态判断出相应的水位值，送液晶屏显示电路，显示共分5档，每档为满水位的20%。
1 太阳能热水系统设计
设计者：4141 学号：4141 班级：新能源1101
前言：太阳能热水器系统主要由太阳能集热系统和热水供应系统构成；包括太阳能集热器、贮水箱、循环管道、支架、控制系统、热交换器和水泵等设备和附件。本设计将为一个地理位置为福建福州的两层小型别墅设计一个合适的太阳能热水器系统。
一、用户基本情况调查
1、环境情况
注：Hha为水平面年平均日辐照量，MJ/(m2·d); Hht为水平面年总辐照量，MJ/(m2·a)；Ht.a为当地纬度倾角平面年平均日照量，MJ/(m2·d)；HLr为当地纬度倾角平面年总辐照量，MJ/(m2·a)；Ta为年平均环境温度，℃；Sy为年平均每日的日照小时数，h; f为年太阳能保证率推荐范围；为回收年限允许值，年。
2、用水情况
2.1日均用热水量
日均用热水量计算公式：
qrd=qrm
式中：
qr——热水用水定额，L/（b·d），查《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》表1-11，最高日用水定额为为80L/（b·d），日均用水量按最高日用水定额的50%考虑，取40L/（b·d）；
m——用水计算单位数，定为4人。
计算可得日均用热水量qrd=40*4=160L/d 城市名称 纬度 Hha Hht Ht.a HLr Ta Sy St f N
福州 26°05′ 11.772 4307.124 12.128 4436.527 19.6 4.6 1665.5 40%~50% 10 2 2.2日均耗热量
日均耗热量计算公式：
Qd=qrcρ（tr-tl）m/86400
式中：
Qd——日耗热量，W；
qr——热水用水定额，L/（b·d）；
c——水的比热容，c=4187J/（kg·℃）；
ρ——热水密度，kg/L；60℃水密度为0.983kg/L；
tr——热水温度，tr=60℃；
tl——冷水温度，查《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》表1-16，定为20℃；
鄂教版小学科学《太阳能热水器》教学设计
教学目标分析
1、能结合生活实际说出人们直接利用太阳能的实例，并体会到太阳能与其他能源相比有哪些优点。
2、能结合太阳能热水器的构造和各部分的特点以及已有的知识说出这种设计的理由，并了解太阳能热水器的工作原理。
3、设计太阳能热水器并能根据设计方案制作太阳能热水器。
4、能对自己或他人的作品进行客观、公正的评价；愿意与同学分享成功的经验。
教学重难点分析
重点：认识太阳能热水器的工作简单原理。
难点：设计太阳能热水器并能根据设计方案制作太阳能热水器。
学情分析
本课学生将运用学习成果解决实际问题，即设计一个太阳能热水器。这是对前面几课积累经验的一个应用与升华。这个热水器并不会有多少实用价值，但这会促使学生像科学家或工程师那样工作，他需要考虑从原理到材料到制作每一个细节，还有同学之间的合作精神的塑造。学生对这样的设计制作活动具有浓厚的兴趣。
教学内容分析
本课教学内容分为三部分：第一部分：了解太阳能在生产生活中的应用及其优势。地球上的风能、水能、波浪能和生物能以及部分潮汐能都来源于太阳；即使是地球上的化石燃料(如煤、石油、天然气等)从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射的光能和热能。教材第38页所展示的六张图片描绘了人类是如何利用太阳能的，从阳光下阅读书籍到太阳能灶加热食物，从太阳能发电站发电到太阳能热水器给水加热，从太阳光下晾晒玉米到存储了太阳能量的太阳能路灯照明，都是直接利用了太阳的光和热。太阳能取之不尽、用之不竭，没有污染。太阳能既是一次性能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。这些都是太阳能和水能、风能以及能源矿产提供的能量相比的优点。教材在此适时地提出思考太阳能的优点，目的就是希望同学们对这些优势有所了解。第二部分：了解太阳能热水器利用太阳能的基本原理。常见的太阳能热水器由储水箱、圆筒状聚热管、仪表三大部件组成。集热器高效吸收太阳辐射能，系统内的水吸热形成热虹吸自然循环，使循环储水箱内的水温不断升高。良好的保温性能，使热水12小时内温度不会降低5℃，可隔天使用。第三部分：设计制作太阳能热水器。在学生了解了成品太阳能热水器的基本构造后，可以适时组织学生开展设计简易太阳能热水器的活动，为开展好第三部分做铺垫。设计太阳能热水器是一个典型的科学设计活动。学生在探究出一些科学道理之后，利用这些科学原理展开设计和制作活动，最后还要用实践检测作品的性能。这就要求他们能综合运用所学的知识，成功地完成设计任务为后续的实践活动创造条件，打下基础。这无疑是一次难忘的科学之旅!
