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1、永續能源源-風力力發電原原理與實實作=周鎰崇崇高中生活活科技教教學設計計表 教學主題題永續能源源-風力力發電原原理與實實作授課年級級高一授課時數數500分分鐘關鍵字永續能源源、風力力、發電電科技領域域別o傳播 o營營建 o製造 動力能能源 o運運輸 o生物科科技教學內容容提要1.動力力來源-風力與與扇葉2.發電電機原理理與製作作-冷次次定律3.能量量傳遞-輪軸與與齒輪4.精進進-改良良發電機機與扇葉葉隨風轉轉課程綱要要對照1.能源源與動力力-能源源的形式式與應用用2.能源源與動力力-電力力的開發發與運用用3.能源源與動力力-動力力裝置的的結構與與應用材料單1.學生生用（四四人一組組）-厚厚紙板
2、一一片、木木板一小小塊、11公分見見方實木木條一塊塊、齒輪輪1組、白白膠、漆漆包線一一捆、強強力磁鐵鐵兩個、細細金屬條條數根、熱熱熔膠、銅銅片兩小小片、鐵鐵釘、LLED燈燈組。2.教師師準備-教學簡簡報、學學習單、水水的電解解裝置。機具表鑽孔機配合活動動活動大意以一則新聞引進永續能源的知識與觀念，銜接國中九年一貫課程自然與生活科技學習領域教材，增進高中生對生活科技的認識；課程中結合風力與發電，引導學生應用科學、解決問題，藉以激發學生學習生活科技的興趣。將教學活動主題分成：發電機、旋轉風扇兩部分，依序引導學生完成，接續修正組合成一個完整可以依靠風力發電作品，而完成整個教學。活動目標1.製作旋轉效
3、能良好的風扇2.製作良好可以產生能源的發電機3.組織完善傳遞能量的齒輪組4.構築妥善的風力發電機活動流程教學單元教學主要活動（配合學習單）時間1.永續能源-風力發電1-1緣起- 以一則新聞引述風力發電目前 在台灣的應用1-2風力發電主要構造與課程設計說明風力發電機的主要構造與本次課程單元依序簡介25分2.動力來源-風力與扇葉製作2-1承受風力之扇葉設計重點分析說明製作扇葉的幾個重點，並 運用教師作品解釋2-2承受風力之扇葉設計範例 舉出三個例子讓學生參考2-3旋轉風扇與基座設計繪圖 發表教師作品後，再讓學生實 際繪製與製作各組成品2-4旋轉風扇成品製作與數位相片 學生製作完成，並以數位相機拍攝
4、成品75分3.發電機原理與製作-冷次定律3-1磁可以生電嗎？ 教師準備教學簡報及利用學習單，講解磁生電的歷史與原理3-2發電機製作重點解析 說明製作發電機的幾個重點，並運用教師作品解釋3-3發電機設計繪圖 發表教師作品後，再讓學生實際繪製各組成品設計圖3-4發電機成品製作與數位相片學生製作發電機成品，並以數位相機拍攝成品100分4.能量傳遞-傳動軸製作4-1輪軸與齒輪介紹輪軸與齒輪的功用，及在作品中可以當作簡單機械處4-2搭配齒輪與輪軸於作品中傳動軸 發表教師範例，並要學生構圖製作，並以數位相機拍攝成品100分5.修正發電機與改良風力裝置5-1作品基本要求5-2發電機的改良5-3風力扇葉改良1
5、00分6.成果發表6-1評量發電量6-2評量最大發電壓6-3總結評分100分問題與討論如附件學習單附件與資源學習單 o相關軟體 參考作品數位照片（放置在學習單中）評量要點點詳細表格格如學習習單-成成果發表表1.發電電量-在在人工穩穩定風力力下，固固定時間間內電解解水產生生的O22體積，換換算為電電量，設設定一固固定值為為基本及及格分數數，評分分高低。2.最大大電壓-在人工工穩定風風力下，固固定時間間內的最最大電壓壓，設定定一固定定值為基基本及格格分數，評評分高低低。3.實用用性-自自然風下下是否能能發電、堅堅固、美美觀。4.學習習單收回回-將所所有單元元裝訂成成冊，評評量學生生學習歷歷程與態態
6、度。教學要點點及注意意事項1.學習習單要注注意將有有的的文字去去除，讓讓學生填填寫，以以增加學學習效果果。2.注意意發電機機製作中中學生線線圈纏繞繞的方向向，並要要學生盡盡量用輕輕材質、圈圈數多。3.扇葉葉的製作作、折邊邊、旋轉轉方向。4.每次次上課(兩節連連排)時時需同時時發放下下次上課課學習單單，提供供各組準準備材料料與預習習。5.鑽動動機使用用注意安安全。6.在發發電量與與最大電電壓的評評分上，教教師可先先訂立一一個及格格標準(容易達達到的目目標)， 然後後再訂每每增加多多少加11分，直直到滿分分。7.電解解水中產產生H22自燃、OO2可燃，避避免學生生輕視而而引燃發發生危險險。8.由於
7、於電動機機是由學學生自行行製作，所所以要有有良好發發電不易易，所以以測量電電量的標標準需適適量降低低，一切切以學生生有完成成作品即即於以及及格，予予以鼓勵勵。本表格可可視實際際需要增增縮單元1：永續能能源-風風力發電電1-1、緣緣起-【民民生報】亞亞洲最大大 我首首座民營營風力大大電廠啟啟用95-004-119記者者鄭朝陽陽專題題報導高聳挺拔拔的鐵灰灰色高柱柱和不時時緩緩轉轉動的三三扇槳葉葉，在苗苗栗縣竹竹南、後後龍的海海岸線一一字排開開，讓原原本荒涼涼的景致致變得十十分壯觀觀；這排排1700公尺、相相當於557層樓樓高的大大風機，不不僅是北北部海岸岸的醒目目地標，也也是台灣灣首座啟啟用的大大
8、型民營營風力發發電廠。225座風風機不停停轉動，一一天為電電廠業者者的荷包包吹進2250萬萬元，看看不見的的綠金金前景景無可限限量。風力資資源 我我排世界界第三 【950423自行拍攝照片】這座由德德商英華華威公司司設置的的風力電電廠，在在取得經經濟部能能源局核核准後開開始放放電，目目前總裝裝置容量量規模為為亞洲第第一。除除了在國國內和亞亞洲拿下下雙料冠冠軍，這這座風力力電廠最最大的驕驕傲，在在於發電電時完全全不產生生二氧化化碳（CCO2），象象徵台灣灣正式跨跨入再生生能源時時代。風機葉片片每轉動動一下，地地底下的的輸電線線路就把把發出來來的電力力，送到到台電公公司的電電力系統統，將來來賣給台
9、台電的每每一度電電代價22元，扣扣除1.8元成成本，電電廠所屬屬的德商商英華威威公司可可獲利22毛。以現有有電價計計算，99到100年就能能回收，電電價漲愈愈高，回回收速度度更快！綠色觀觀光 風風車陣是是賣點撇開環保保，風電電廠巨大大高聳、綿綿延而立立的風風車陣，意外外創造了了觀光效效益。在在中國，看看風機還還要收門門票；歐歐洲甚至至利用風風機舉行行登高、攀攀爬甚至至高空彈彈跳等活活動；美美國加州州沙漠地地區的風風車陣，更更在好萊萊塢電影影入鏡。風風電技術術領先的的丹麥，早早已出現現以風電電廠為行行銷賣點點的綠綠色觀光光行程程，除了了帶遊客客參觀風風電廠（wwindd paarkss），一一些
10、旅館館和露營營地更設設置風力力發電機機，提供供房客和和露營者者所需用用電，藉藉此行銷銷旅館和和綠色能能源，雙雙效合一一。據官官方統計計，自119800年至今今，丹麥麥的觀光光業成長長了500，其其中有不不少比率率是風力力公園的的貢獻。周邊地地價 會會因風車車升高美國官方方資助的的許多研研究結果果顯示，風風電廠周周邊土地地不但沒沒有跌價價，反而而有快速速拉抬效效果。澳澳洲許多多風電廠廠的遊客客，每年年都有數數萬人次次，南澳澳的民間間旅遊聯聯盟和官官方的旅旅遊委員員會，甚甚至聯手手催生更更多風電電廠，既既能發電電又可發發展觀光光。國內內則有澎澎湖中屯屯的四座座風機，已已被旅行行社列為為澎湖之之旅的
11、必必遊景點點。反觀觀台灣，西西海岸許許多因超超抽地下下水而價價值大貶貶的海水水倒灌、地地層下陷陷土地，在在風電廠廠業者眼眼中，反反而是寶寶貝。扇葉：動力來源發電機：感應電流單元2.動力來源-風力與扇葉製作單元3.發電機原理與製作-冷次定律單元4.能量傳遞-傳動軸製作1-2風風力發電電主要構構造與課課程設計計問題與與討論風力發發電的好好處？缺缺點？答：【工作日日誌】 日日期：995年 月月 日單元名稱稱單元1：永續能源源-風力力發電本組組員員1.本單單元本組組分工組長：工程師：繪圖師：記錄師：2.本單單元教師師教授重重點與各各項黏合合、銜接接、剪裁裁等技巧巧3.本單單元活動動記錄4.下次次上課攜
12、攜帶的器器材單元2：動力來來源-風風力與扇扇葉製作作2-1、承承受風力力之扇葉葉設計重重點分析析風力扇扇葉產生動動力.堅固.受風面積合適(大).表面積光滑(流體力學).扇葉對稱.輕材質.質心在軸心2-2、承承受風力力之扇葉葉設計範範例.扇扇葉用西西卡紙.扇扇葉用透透明塑膠膠片.扇扇葉用寶寶特瓶裁裁剪2-3、旋旋轉風扇扇與基座座設計草草圖(並並須畫計計尺寸)零件表表：使用機機具：【教師範例】【注意】鑽孔約1/2厚，以承受風向推力2-4、旋旋轉風扇扇成品製製作與數數位相片片【教師範例】問題與與討論如何製製作效能能良好的的旋轉風風扇？答：【工作日日誌】 日期：95年年 月 日單元名稱稱單元2：動力來
13、來源-風力與與扇葉製製作本組組員員1.本單單元本組組分工組長：工程師：繪圖師：記錄師：2.本單單元教師師教授重重點與各各項黏合合、銜接接、剪裁裁等技巧巧3.本單單元活動動記錄4.下次次上課攜攜帶的器器材單元3：發電機機原理與與製作-冷次定定律3-1、磁磁可以生生電嗎？【談古論論今電電與磁之之間的關關係】.電電生磁同學們，請請你們回回想國中中自然與與生活科科技領域域（理化化）中，電電流的磁磁效應.西元118199年，厄厄斯特在在授課時時，偶然然地將一一通有直直流電的的導線，靠靠近一可可以自由由轉動的的磁針，結結果磁針針竟然發發生偏轉轉。他將將電流反反向流動動，磁針針也隨著著電流變變化偏轉轉方向。
14、說說明了，在在一載流流導線的的周圍有有磁場存在在。且磁磁場方向向和電流流方向有有極密切切的關係係。既然然，電電可以產產生磁，那那麼，請請各位同同學想想想看，磁磁可以產產生電嗎嗎？.磁磁生電在西元118311年，英英國科學學家法拉拉第就問問了這個個問題磁可以以產生電電嗎？結果皇皇天不負負苦心人人，終於於讓他發發現：如如果在線線圈中間間有一磁磁埸，原原先是沒沒有電流流的線圈圈，會因因為線圈圈內的磁磁力變化化而產生生感應電電流（非非常重要要的結果果）。也也因為這這一個重重大的發發現，製製造了人人類史上上第一部部發電機機。.冷冷次定律律西元18834年年德國科科學家冷冷次在提提出冷次次定律，來來解釋決
15、決定感應應電流的的方向：不同的的磁極（NN或S極極）進出出線圈時時，感應應電流的方方向。線線圈內磁磁埸發生生變化時時，線圈圈會感應應而產生生感應電電流，此此感應電電流在線線圈中產產生磁埸埸，以抗抗拒原來來磁埸的的變化。回憶中判斷感應應電流方方向步驟驟（右手手定則）：.判判斷外來來磁場的的方向（靠靠近、遠遠離）.判判斷出線線圈左右右兩端的的磁極（NN與S）。.再再利用右右手定則則決定出出電流方方向。（注注意檢流流計的指指針偏轉轉）磁鐵靠近近線圈，感感應電流流方向？N S方向N S方向磁鐵遠離離線圈，感感應電流流方向？3-2、發發電機製製作重點點解析磁場變化化產生感感應電流流.固定線圈纏繞方向.運
16、用電刷固定電流輸出方向.磁鐵運動.線圈運動(常用方式)3-3、發發電機設設計草圖圖(並須須畫計尺尺寸)零件表表：使用機機具：【教師範例】3-4、發發電機成成品製作作與數位位相片【教師範例】問題與與討論如何加加大感應應電流？答：【工作日日誌】 日期：95年年 月 日單元名稱稱單元3：發電機機原理與與製作-冷次定定律本組組員員1.本單單元本組組分工組長：工程師：繪圖師：記錄師：2.本單單元教師師教授重重點與各各項黏合合、銜接接、剪裁裁等技巧巧3.本單單元活動動記錄4.下次次上課攜攜帶的器器材單元4：能量傳傳遞-傳傳動軸製製作4-1、輪輪軸與齒齒輪.輪輪軸由兩個半半徑不等等的圓輪輪，固定定在同一一軸
17、心上，這種種機械稱稱為輪軸軸。大圓稱輪輪、小圓圓稱軸，輪轉轉一圈，軸軸也轉一一圈。.齒齒輪是一種有有輪齒的輪軸，我我們稱為為齒輪，將將能量傳遞遞出去。改變旋轉轉方向改變垂直直方向省力orr省時4-2、搭搭配齒輪輪與輪軸軸於作品品中傳傳動軸【組裝概概念】 風力動力傳動軸軸（齒輪輪與輪軸軸）線圈旋旋轉感應電電流零件表表：使用機機具：組裝後後測試與與改進方方式與原原因：傳動軸設設計草圖圖(並須須畫計尺尺寸)【教師範例】傳動軸數數位相片片【教師範例】問題與與討論 組裝裝後使用用齒輪比比與結果果陳述。 答：【工作日日誌】 日日期：995年 月月 日單元名稱稱單元4：能量傳傳遞-傳動軸軸製作本組組員員1.
18、本單單元本組組分工組長：工程師：繪圖師：記錄師：2.本單單元教師師教授重重點與各各項黏合合、銜接接、剪裁裁等技巧巧3.本單單元活動動記錄4.下次次上課攜攜帶的器器材單元5：修正發發電機與與改良風風力裝置置5-1、作作品基本本要求受風風可旋轉轉的扇葉葉可產產生感應應電流的的發電機機可傳傳遞扇葉葉轉動動動能到發發電機線線圈的傳傳動軸5-2、發發電機的的改良改良原因因與方式式（例如如）線圈圈每半圈圈一次電電流，產產生電量量少：使使用兩線線圈垂直直方式製製作，使使每旋轉轉1/44圈即有有感應電電流電刷刷與電線線處接觸觸傳電不不良：以以圓木塊塊增加直直徑，並並貼上四四片銅片片作為電電刷與電電線接點點改良
19、後成成品5-3、風風力扇葉葉改良改良原因因與方式式（例如如）不會會隨自然然風轉向向：增作作扇葉旋旋轉塔改良後成成品問題與與討論 說明明本組作作品的優優點、缺缺點。 答: 整個個製作過過程中遇遇到的困困難與解解決方法法心得分分享。 答:【工作日日誌】 日日期：995年 月月 日單元名稱稱單元5：修正發發電機與與改良風風力裝置置本組組員員1.本單單元本組組分工組長：工程師：繪圖師：記錄師：2.本單單元教師師教授重重點與各各項黏合合、銜接接、剪裁裁等技巧巧3.本單單元活動動記錄4.下次次上課攜攜帶的器器材單元6：成果發發表6-1評評量發電電量測量作法法：固定定人工風風源（電電風扇），利利用電解解水裝
20、置置（如下下圖），測測量風力力發電機機在500分鐘下下共計產產生的OO2體積（+極），並並換算成成電量，重重複1次次。電量換算算：1.O2+帶電量量為+22，所以以O2分子需需要4個電子子（1.6610-119庫侖侖）電量電解水裝置圖 2.假假設在理理想狀態態下：依依理想氣氣體方程程式，225時氣體體1莫耳耳=24.5公升升【O2體積ml】24500ml（61023）4（1.610-19）計算：第1次第2次測量次第1次第2次平均O2體積積mlmlml電量庫侖庫侖庫侖換算分分數標準準分數60分以以下60分60-880分80-1100分分電量每庫侖=分庫侖每庫侖=分每庫侖=分 註：最高1100分分6-2評評量最大大發電壓壓電壓測量量：固定定人工風風源（電電風扇），直直接並接接三用電電表，紀紀錄1分分鐘內的的最大電電壓，重重複2次次。測量次第1次第2次第3次平均電壓VVVV換算分分數標準準分數60分以以下60分60-880分80-1100分分電壓伏特=分分伏特每伏特=分每伏特=分 註：最高1100分分6-3總總結評分分項目自然風10美觀10實用10電量30電壓25學習單15總分分數加權分數分分分分分分分附件：教教師範例例成品數數位相片片