太阳辐射相关参数

一、授课信息

1、授课主题：太阳辐射相关参数

2、授课时长：1课时

3、授课方法：讲授法、练习法、讨论法、视频观看法

二、教学任务目标

通过PPT展示与讲解，问题讨论，视频观看等方式让学生：

1、了解太阳的基本参数及太阳能到达地球之后的能量转化。

2、掌握太阳辐射相关参数，太阳高度、大气质量、太阳常数等。

3、掌握太阳光线相关角度等含义，太阳方位角、天顶角、太阳入射角等。

三、教学重点与难点

1、重点：掌握太阳辐射相关参数的含义。

2、难点：找到与太阳光线相关的几个重要角度。

四、学情分析

学生已经学习了工程热力学、传热学、流体机械与流体输送机械、机械CAD，有一定的热工学基础，具备读图能力；自主学习能力欠缺、利用信息化技术获取资源能力尚可；学习主动性和自信心不够。

五、教学过程与内容

1、提问：学习通发布问题学生进行资料搜索与回答。

2、根据学习通提出等问题引入课堂正式主题——太阳与太阳辐射相关教学内容。

1）太阳的基本介绍

   太阳是离地球最近的一颗恒星。它是一个巨大而炽热的等离子体，主要成份为氢和氦元素。太阳几乎为球形，直径为1.392×109m，是地球直径的109倍，体积比地球大130万倍。日地平均距离为1.5×108km，从太阳发出的光线到达地球需要8分钟。

太阳能到达地球之后等能量转化形式。

每年辐射到地球表面的太阳能量约为7×10¹⁷kWh，相当于1.3×106亿吨标准煤。地球年消耗能量：150亿吨标准煤/年.

计算太阳能一年之内辐射到地面的能量能供人们使用8666年!

太阳被誉为“取之不尽，用之不竭”的清洁能源！

2）太阳辐射参数

太阳常数指的是当地球与太阳处在平均距离的位置时，在大气层的上部与太阳光垂直的平面上，单位面积的太阳辐射能量密度。一般采用1964年国际地球观测年所决定的值，为1.366kW/m2。

大气质量——AM的意思是air-mass ，用由天顶垂直入射的通过空气量作为标准1；就是光线通过大气的实际距离比上大气的垂直厚度 AM=1/cosφ.

    太阳高度角越大，辐照度越大；太阳高度角越小，光线穿过大气的路程较长，

能量衰减较多，到达地面的能量就较少。由于大气质量的存在，太阳辐射能到

达地面之前将受到很大的衰减，这种衰减作用的大小与辐射透，过大气的路程长短有关。

3）太阳光相关角度

太阳入射角θ——太阳光线与集热器表面法线之间的夹角。实际使用时应使入射角θ越小越好。（不是光线与集热器平面的夹角）。

集热器的倾角β——集热器平面与地平面的夹角。

集热器方位角γ——集热器表面法线在地平面上的投影与正南方的夹角。

太阳高度角α——太阳光线与其在地平面上的投影线组成的夹角。（亦即太阳光线与地平面的夹角）。

太阳方位角γs——太阳光线在地上的投影线与正南方向线的夹角。正南方为0°，向西为正，向东为负。（－180°＜γs＜180°）

太阳天顶角θz——太阳光线与地平面法线之间的夹角，与α互为余角，即θz+α=90°

3、课堂小结

1）太阳主要参数；

2）太阳常数、大气质量、太阳高度角；

3）太阳入射角、集热器倾角、太阳高度角、集热器方位角、太阳方位角、太阳天顶角。

课后自主完成

1）资料查找我国及全国太阳能资源分布情况

2）自主查阅资料学习地球与太阳的运动规律

3）自主学习太阳直射辐射（DNI）、散射辐射

(DHI)和总辐射（GHI）知识

         思政融入：科学需要数据、需要量化细化！

解说：太阳我们再熟悉不过，但是它的相关参数，它的数据能说出来的估计不多，掌握一个知识并不是说你知道它大概是什么就可以了，科学知识一直都是非常严谨的，我们需要深入得掌握其具体的数据，这才是真正的专业、知晓。像科学实验很多就是要得到实验数据，从而进行分析，求得规律和真理。因此我们学习知识不能一知半解，要朝着深、专、细的方向去钻研，科学水平才能得到突破。

                         科普关于太阳的一些数据

     在银河系内的1000多亿颗恒星中，太阳只是普通的一颗恒星。它的质量是地球质量的33万多倍，体积大约是地球的130万倍，半径约为70万千米，比地球半径的109倍还多。太阳是一个表面温度6000℃，核心温度1 560万℃的热气体球。组成太阳的物质大部分是些普通的气体，其中氢约占71％，氦约占27％，其他元素占2％。

    太阳系的中心就是太阳，它每隔2.3亿年绕银河系中心转一圈，虽然它只是一颗中小型的恒星，但它的质量占据了整个太阳系总质量的99.85％。太阳以自己强大的引力将太阳系中所有的天体紧紧地控制在自己周围，使它们井然有序地围绕自己旋转。同时，太阳又带着太阳系的全体成员围绕着银河系的中心运动。

    太阳系内迄今发现了八颗大行星，人们称它们为“八大行星”。按照距离太阳的远近，这八颗行星依次是：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。水星、金星、地球和火星也被称为类地行星，木星和土星也被称为巨行星，天王星、海王星也被称为远日行星。除了水星和金星外，其他的行星都有卫星。在火星和木星之间还存在着数十万个大小不等、形态各异的小行星，天文学家将这个区域称为小行星带。此外，太阳系中还有超过1 000颗的彗星，以及不计其数的尘埃、冰团、碎块等小天体。现在，你知道太阳系到底有多大了吧！

    关于太阳系起源的学说有很多，现在占主导地位的是“现代星云说”。根据观测资料和理论计算的现代星云假说的主要观点是：太阳系原始星云是巨大的星际云瓦解的一个小云，一开始就在自转，并在自身引力作用下收缩，中心部分形成太阳，外部演化成星云盘，星云盘以后逐渐形成行星。

                                                                                                   —摘自网络

关于太阳的8个事实数据，你知道太阳到底有多大吗？

太阳已经形成了46亿年的时间，是人类在宇宙中最熟悉的恒星，这颗恒星给地球带来了生机勃勃的世界也会把致命的太阳粒子吹到地球上，事实上我们对于太阳的了解非常有限，下面是一组关于太阳的8个事实数据。

1、太阳的寿命

目前太阳已经形成了46亿岁正处于恒星的中年阶段，大约再过40亿年太阳由于内部的氢元素消耗殆尽开始向红巨星转变，这个转变过程中太阳的体积会膨胀到火星轨道附近，大约再过10亿年太阳会变成一颗只有地球大小的白矮星继续存在。

2、太阳的质量

太阳的质量占整个太阳系的99.86%，而八大行星只是由太阳形成后剩余的物质构成的，不过太阳有一颗非常大的核心占据了太阳几乎一半的质量。

3、太阳的温度

太阳是一颗非常炙热的恒星，核心中的温度则高达1500万摄氏度，只是让科学家不解的是太阳日冕层的温度达到了200万摄氏度，远高于表面的5500摄氏度，这种奇怪的温度差不知道是如何形成的。

4、太阳的体积

太阳直径约1392000千米是地球直径的109倍，质量是地球的33万倍，大约能装下130万颗地球，即便如此地球依然是太阳系中最大的岩石行星。

5、太阳的自转

太阳并非像岩石行星这样整体自转，而是根据区域不同进行的自转速度也各不相同，太阳的赤道区域是25个地球日旋转一圈，而位于两极部分的旋转速度较慢，大约每36个地球日才自转一圈。

6、太阳风的威胁

太阳发出的光和热是地球生态系统不可或缺的，但太阳喷发出来的带电粒子风以每秒450公里的速度把火星的大气层都吹散了，地球因为磁场的保护才没有被太阳风侵蚀，太阳风能在地球两极形成非常炫丽的极光。

7、太阳黑子

太阳的表面有一些黑色斑点，这是因为某些区域的温度会出现降低的情况而形成的，通常太阳黑子出现得越多则太阳活动越剧烈，产生的磁暴和太阳耀斑会对地球轨道上的卫星和地面电力设施造成破坏，严重的时候甚至能破坏臭氧层，可以说太阳黑子是地球生态最大的威胁。

8、太阳的移动速度

太阳并非原地不动它也在绕着银河系中心进行公转，不过太阳移动的速度并不快大约是220公里/秒，大约每2.25亿年到2.5亿年完成一次公转周期，自太阳诞生以来已经围绕银河系公转了约20圈。

                                                                                                   —摘自网络