STEM教學之太陽能大眼蟲

在STEM教學裏面,經常強調學生要懂得認識及運用可再生能源,不過學校又不是大型發電廠,怎樣令學生能夠學習及應用得到?其實有一種可再生能源就是「遠在天邊,近在眼前」︰太陽能,大家每天一早起床都會出現在你面前。今次就分享透過製作太陽能大眼蟲,實際運用這種可再生能源。 太陽能電池的發電原理 由身邊的一切事物開始進行探索,就是STEM學習中培養學生建立觀察和自主學習的能力,由學習太陽能這種可再生能源就是一個好的開始。大家都知道太陽會給人們光和熱,能夠替人類照明和給予溫暖,因此只要懂得運用太陽能,就能夠替環境保護出一分力。 接著就是了解太陽能電池。它是一種經由太陽光照射後,把光能轉換成電能,這種現象稱為光伏效應。它是利用太陽光直接發電的光電半導體薄片,在半導體的材料加入硼可形成 P 型半導體,加入磷可形成 N 型半導體。 P和N兩型半導體結合後,當太陽光射入光電半導體薄片時,就會令半導體中的電子流動而產生電流。 太陽能大眼蟲的齒輪運用 明白了太陽能電池的製造和運作原理後,就可以著手製作太陽能大眼蟲,並用太陽能推動它。 太陽能電池的正極及負極分別與小型摩打連接,而摩打上裝有一個小型的8齒齒輪,與一個與8齒齒輪垂直的較大圓錐齒輪連接。當馬達轉動時,細齒輪推動大齒輪轉動,這樣不僅增加扭力,同時能夠改變力的運動方向。 大圓錐齒輪的身上的細齒輪與另一大齒輪連接,而另一大齒輪身上的細齒輪,又與其他的大齒輪連接,組成一連串的齒輪組,這樣組合的齒輪組能夠使馬達的扭動力和轉速提升,增加了小型馬達的效能。 利用旋轉小腳協助前進 太陽能大眼蟲由五個齒輪連接,當中一個齒輪向順時針方向轉動時,連接著的另一個齒輪會以相反方向轉動,而大眼蟲小腳分別安裝在第一、第三及第五個齒輪的中軸上,就是要確保大眼蟲的腳是向同一方向轉移。 每個齒輪上的每組腳會有三隻小腳,而腳上套了小鞋,形成一個旋轉對稱圖形,在每組腳旋轉一周就會有三隻小腳上的鞋與地面接觸。當鞋與地面接觸時會產生摩擦力,令大眼蟲向前移動。 燈光對大眼蟲的影響 太陽能電池很受光線強弱的影響,陰天的光線,不足以令光電半導體薄片產生電子,在沒有電流產生的情況下,小型馬達轉動亦不能轉動。 在室內的環境下,可以利用鎢絲燈泡的電筒照射太陽能電池,光電半導體薄片產生足夠的電子電流,並推動小型馬達。 當然在陽光充足的情況下,太陽光照射太陽能電池令光電半導體薄片能夠產生更多的電子,電流足以令小型摩打轉動更快。 我們可以利用光照射手掌產生的影子來判斷陽光是否充足,如果能夠清楚看到手掌影子的邊緣線條就代表陽光充足,假若手掌影子的邊緣線條模糊就表示陽光不足,太陽能大眼蟲可能移動緩慢或不能移動。 玩具不單只是小朋友玩樂的工具,而且也可以是學習的工具,從玩樂中進行學習有助小朋友增強聯想及應用知識的能力。 文章來源:STEM Sir 刊載於 GRWTH app

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