活动16 调查当地产生“热岛效应”的原因-【跨学科实践】2024-2025学年初中物理项目化课程案例

活动16 调查当地产生“热岛效应”的原因 随着社会和科技的发展，我们发现全球温度升高。人类在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。例如化石能源的大量利用时，产生了大量的内能，但其中相当一部分没有被利用，从而造成热污染，尤其在夏天的市中心的温度会高于周围的温度，这就是热岛效应。如今人们越来越关注能源和利用以及环境保护等问题了。 开展——调查当地产生“热岛效应”的原因活动，既能有利于学生加深分析能源开发与利用对社会的发展的影响，提高学生的环保意识，又能利于提升学生跨学科综合运用知识解决实际问题能力。 从能源的开发和利用出发，结合物理中能量转化、比热容、温度的测量方法和地理中下垫面特性等知识来探究产生“热岛效应”的原因。在活动过程中尝试找出影响“热岛效应”的主要因素，利用归纳法等方法进行推理，最终得出结论。在实践过程中，会用常见的温度计测量温度，并尝试发表自己的见解。初步形成正确的能源利用和环保观念，用物理和跨学科的思维分析与解决问题，具有节能环保、促进可持续发展的责任感。 调查当地产生“热岛效应”的原因的设计是以“能量”主题为核心的关于物理学与社会发展的跨学科实践。在活动中，根据温度计的使用和正确测量温度的方法，结合物理学中的能力转化、比热容和地理中的相关知识来设计方案，通过归纳法或演绎法等方法进行跨学科问题的推理并获得结论。 （1）测量市中心及周边的温度 测量白天同一时间段市中心的温度和周边的温度，并记录数据于表格中。 在保证安全的情况下测量夜晚同一时间段市中心和周边的温度，并记录数据于表格中。 （2）进行数据分析 1　 地理：城市下垫面的材质，寻找比热容特点； 2　 城市中和郊区的能量转化； 3　 热源的来源：什么原因加剧了市区温度的升高； 4　 白天与夜晚的温差比较，比较熔热岛效应的强弱；从而推断冬季与夏季热岛效应的强弱。 （3）数据分析展示、交流与评价 探讨热岛效应产生的原因并提出缓解热岛效应的措施。 能对该跨学科实践方案和实施过程以及结果进行解释，能与让人共同实施方案，合作较久，并撰写简单的活动报告。每名学生对各小组的成果进行科学性的评价。 1. 莱芜周边建有湿地公园、人工湖，盛夏时节能大大减弱周围地区的“热岛效应”，调节了气温，主要是因为水的（　　） A. 温度低 B.比热容大 C.内能大 D.热量大 2. 水的比热容比较大，下列现象中不属于利用水的这个特性的是（　　） A. 供暖系统用循环热水来供给暖气 B. 春天农民育秧时，傍晚向秧田里灌水 C. 炎热的夏天，在教室地面上洒水降温 D. 在城市建设中，建造人工湖来减少热岛效应 3. 西安灞桥区政府为了依托创建文明城市促进区域和谐发展，采取了一系列措施，对下列措施的解释正确的是（　　） A. 夏天洒水车匀速行驶给路面洒水的过程——洒水车的动能不变 B. 学校路段禁止机动车鸣笛——可以完全消除学校周边的噪声 C. 城市内种植花草树木并建设水池公园等——不可以缓解“热岛效应” D. 限制燃油车，鼓励电动车，倡导“无车日”——可以缓解“温室效应” 4.钢筋水泥都市给我们的生活带来方便的同时，也给我们带来诸多不便。比如，炎炎夏季，都市气温往往比郊外要高3～5℃，这就是热岛效应。请写出两条应对措施：①种草种树，以  （填“增加”或“减少”）水蒸气蒸腾；②修建人工湖，利用水的吸热本领  （填“强”或“弱”），来调节气温。 5.我国许多城市中都建有大型绿地，绿地中的人工湖具有“吸热”功能，在盛夏时期能大大减弱周围地区的“热岛效应”，这是因为水的比热容较  （选填“大”或“小”）。现有一人工湖湖水吸收一定热量，水温升高2℃，若这些热量被同等质量的砂石吸收（c砂石＜c水），则砂石升高的温度将  2℃（填“大于”、“小于”或“等于”）。如果相互接触的两个物体之间发生了热传递，是因为它们之间具有不同的  ，如图所示，用  方式改变物体的内能。 6. 小明利用水和煤油探究“比较不同物质吸热的情况”的实验中，操作如下： （1）实验中选用两个相同的装置加热，目的是使水和煤油在相等时间内  ； （2）根据实验数据，小明作出了水和煤油的温度随时间变化的图象，由图象可知，水的温度随时间变化的图象是  （选填“a”或“b”），煤油的比热容为  ； （3）不同物质吸热的多少是通过  （选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的；这种研究方法是  ； （4）在相同条件下用相同的电加热器分别给水和煤油加热，要使水和煤油升高相同的温度，对  （选填“水”或“煤油”）加热的时间更长； （5）下列现象中不能用比热容知识来解释的是  。 A．春天的夜晚，农民往稻田里灌水以防秧苗冻坏 B．炎热的夏天常常在教室的地面上洒水 C．城区建造人工湖以降低“热岛效应”造成的夏季高温 D．汽车发动机的冷却循环系统用水做冷却 7.气温变化与人类生活全球变暖给人们生活带来了许多灾难，人们必须控制全球温度上升的速度。世界上很多城市的气温都比周围郊区的高，特别是在晴朗无风的夜晚，有时会相差4～5℃，这种现象叫做“热岛效应”。为了缓解“热岛效应”，人们往往会采取控制空调温度、绿色出行、合理规划建筑、加强城市绿化与水系建设等措施。请回答： （1）有时很多城市的气温都与周围郊区相差4～5℃，其中5℃读作  。 （2）如图是录得某城市和其郊区某天的气温随时间变化图像，其中反映城市当天气温的曲线是  ；（选填“A”或“B”） （3）小明到郊区研学，一阵风吹来感觉到凉快，这是因为  ； （4）如果要通过加强城市绿化与水系建设来缓解“热岛效应”，下列具体做法不能实现的是  ； A.建人工湖 B.植树造林 C.密集建楼 （5）绿色出行能降低出行中的能耗和污染，减弱热岛效应，如： （写一种情况即可）。 8.热岛效应如今的人们会感觉到城市的温度高于郊区，这就是常说的热岛效应。分析城市“热岛效应”的主要原因：一是工厂、交通工具、电气设备和人群排放大量的热量；二是建筑群、马路中的矿石、水泥，在相同的日照条件下温度上升更明快；三是城区内自然水域的面积小，水的蒸发少，降温作用减弱；四是城区内楼群林立，难以形成空气对流。 为了改善城市的人居环境，人们应采取一些有效的措施，例如植树造林，提高资源利用率，更多地利用太阳能、水能、风能，都可以控制环境的热污染。  （1）在我国，随着轿车大量的走进家庭，热污染更加严重。汽油机是工农业生产中常用的热机，小白同学阅读了某型号汽车发动说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机的效率为  %，汽油的热值为4.6×107J/kg,则在汽油机内完全燃烧2kg汽油能放热  J，这些热量通过该汽油机转化的能对外做有用功  J；汽车行驶时发动机产生的牵引力是F，则燃烧质量为m的汽油，能使汽车前进的距离s= （用给出物理量的符号表示距离s的表达式，汽油的热值在本小题中用q表示）。 （2）建筑群、马路中的矿石、水泥的  小，在相同的日照条件下温度上升更明显。 （3）城区某处湿地路灯采用风能、太阳能路灯照明，太阳能电池板将  能转化成  ，减少对环境的热污染。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 活动16 调查当地产生“热岛效应”的原因 随着社会和科技的发展，我们发现全球温度升高。人类在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。例如化石能源的大量利用时，产生了大量的内能，但其中相当一部分没有被利用，从而造成热污染，尤其在夏天的市中心的温度会高于周围的温度，这就是热岛效应。如今人们越来越关注能源和利用以及环境保护等问题了。 开展——调查当地产生“热岛效应”的原因活动，既能有利于学生加深分析能源开发与利用对社会的发展的影响，提高学生的环保意识，又能利于提升学生跨学科综合运用知识解决实际问题能力。 从能源的开发和利用出发，结合物理中能量转化、比热容、温度的测量方法和地理中下垫面特性等知识来探究产生“热岛效应”的原因。在活动过程中尝试找出影响“热岛效应”的主要因素，利用归纳法等方法进行推理，最终得出结论。在实践过程中，会用常见的温度计测量温度，并尝试发表自己的见解。初步形成正确的能源利用和环保观念，用物理和跨学科的思维分析与解决问题，具有节能环保、促进可持续发展的责任感。 调查当地产生“热岛效应”的原因的设计是以“能量”主题为核心的关于物理学与社会发展的跨学科实践。在活动中，根据温度计的使用和正确测量温度的方法，结合物理学中的能力转化、比热容和地理中的相关知识来设计方案，通过归纳法或演绎法等方法进行跨学科问题的推理并获得结论。 （1）测量市中心及周边的温度 测量白天同一时间段市中心的温度和周边的温度，并记录数据于表格中。 在保证安全的情况下测量夜晚同一时间段市中心和周边的温度，并记录数据于表格中。 （2）进行数据分析 1　 地理：城市下垫面的材质，寻找比热容特点； 2　 城市中和郊区的能量转化； 3　 热源的来源：什么原因加剧了市区温度的升高； 4　 白天与夜晚的温差比较，比较熔热岛效应的强弱；从而推断冬季与夏季热岛效应的强弱。 （3）数据分析展示、交流与评价 探讨热岛效应产生的原因并提出缓解热岛效应的措施。 能对该跨学科实践方案和实施过程以及结果进行解释，能与让人共同实施方案，合作较久，并撰写简单的活动报告。每名学生对各小组的成果进行科学性的评价。 1. 莱芜周边建有湿地公园、人工湖，盛夏时节能大大减弱周围地区的“热岛效应”，调节了气温，主要是因为水的（　　） A. 温度低 B.比热容大 C.内能大 D.热量大 【答案】B 【解答】解：莱芜周边建有湿地公园、人工湖，盛夏时节能大大减弱周围地区的“热岛效应”，这是利用了水比热容大的性质，在相同质量的水和其他物质相比较时，吸收或放出相同的热量时，水的温度变化最小。 故选：B。 2. 水的比热容比较大，下列现象中不属于利用水的这个特性的是（　　） A. 供暖系统用循环热水来供给暖气 B. 春天农民育秧时，傍晚向秧田里灌水 C. 炎热的夏天，在教室地面上洒水降温 D. 在城市建设中，建造人工湖来减少热岛效应 【答案】C 【解答】解：A、因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度，水放出的热量多，所以冬天供暖系统使用热水循环供暖，故A不符合题意； B、因为水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，降低相同的温度，水放出的热量多，所以晚上向秧苗田里放水，水可以放出更多的热量以防冻坏秧苗，故B不符合题意； C、炎热的夏天，在室内地面上洒水，水蒸发会从周围吸热而降低周围环境的温度，使人感到凉爽，不是利用水的比热容大的特点，故C符合题意； D、因为水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少，所以在城市建设中，建造人工湖来减少热岛效应，是利用了水的比热容较大的特性，故D不符合题意。 故选：C。 3. 西安灞桥区政府为了依托创建文明城市促进区域和谐发展，采取了一系列措施，对下列措施的解释正确的是（　　） A. 夏天洒水车匀速行驶给路面洒水的过程——洒水车的动能不变 B. 学校路段禁止机动车鸣笛——可以完全消除学校周边的噪声 C. 城市内种植花草树木并建设水池公园等——不可以缓解“热岛效应” D. 限制燃油车，鼓励电动车，倡导“无车日”——可以缓解“温室效应” 【答案】D 【解答】解：A．洒水车匀速洒水过程，质量变小，速度不变，动能变小，故A错误； B．学校路段禁止机动车鸣笛，是在声源处减弱噪声，但不能消除噪声，故B错误； C．城市种植花草树木并建设水池公园等，通过水蒸发吸热，缓解热岛效应，故C错误； D．燃油车在使用时，排放的尾气中的二氧化碳等，会引起温室效应，所以鼓励电动车，倡导“无车日”，可缓解温室效应，故D正确。 故选：D。 4.钢筋水泥都市给我们的生活带来方便的同时，也给我们带来诸多不便。比如，炎炎夏季，都市气温往往比郊外要高3～5℃，这就是热岛效应。请写出两条应对措施：①种草种树，以  （填“增加”或“减少”）水蒸气蒸腾；②修建人工湖，利用水的吸热本领  （填“强”或“弱”），来调节气温。 【答案】增加；强 【解答】解：种草种树，能增大水蒸气蒸腾作用，水汽化时会吸收热量，能降低周围的温度； 因为水的比热容较大，吸热能力强，相同质量的水和沙石比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，所以修建人工湖能有效调节温度。 故答案为：增加；强。 5.我国许多城市中都建有大型绿地，绿地中的人工湖具有“吸热”功能，在盛夏时期能大大减弱周围地区的“热岛效应”，这是因为水的比热容较  （选填“大”或“小”）。现有一人工湖湖水吸收一定热量，水温升高2℃，若这些热量被同等质量的砂石吸收（c砂石＜c水），则砂石升高的温度将  2℃（填“大于”、“小于”或“等于”）。如果相互接触的两个物体之间发生了热传递，是因为它们之间具有不同的  ，如图所示，用  方式改变物体的内能。 【答案】大；大于；温度；做功。 【解答】解：（1）由于水的比热容大，吸热能力强，因此许多城市中都建有大型绿地，绿地中的人工湖具有“吸热”功能。 相同的热量使与砂石质量相同的水升高2℃，由于砂石的比热容小于水的比热容，据∆t=Q吸/cm可知，砂石升高的温度会高于2℃。 （2）发生热传递的条件是存在温度差，因此如果相互接触的两个物体之间发生了热传递，是因为它们之间具有不同的温度。 （3）图中两只手相互搓变暖过程中克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，是通过做功的方式改变物体的内能。 故答案为：大；大于；温度；做功。 6.小明利用水和煤油探究“比较不同物质吸热的情况”的实验中，操作如下： （1）实验中选用两个相同的装置加热，目的是使水和煤油在相等时间内  ； （2）根据实验数据，小明作出了水和煤油的温度随时间变化的图象，由图象可知，水的温度随时间变化的图象是  （选填“a”或“b”），煤油的比热容为  ； （3）不同物质吸热的多少是通过  （选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的；这种研究方法是  ； （4）在相同条件下用相同的电加热器分别给水和煤油加热，要使水和煤油升高相同的温度，对  （选填“水”或“煤油”）加热的时间更长； （5）下列现象中不能用比热容知识来解释的是  。 A．春天的夜晚，农民往稻田里灌水以防秧苗冻坏 B．炎热的夏天常常在教室的地面上洒水 C．城区建造人工湖以降低“热岛效应”造成的夏季高温 D．汽车发动机的冷却循环系统用水做冷却 【答案】（1）吸收的热量相同；（2）a；2.1×103J/（kg•℃）；（3）加热时间；转换法；（4）水；（5）B。 【解答】解：（1）选用相同的电加热器，加热时间相同，放出的热量相同，从而保证物质吸收的热量相同，故选用相同的电加热器目的是：使水和煤油在相同时间内吸收相同的热量。 （2）根据图乙可知：在质量和升高温度相同时，a物质的加热时间长，说明a物质吸收的热量比乙物质吸收的热量多，则物质a的吸热能力强，故a是水。 在质量和升高温度相同时，水的加热时间是煤油加热时间的2倍，则水吸收的热量是煤油吸收热量的2倍，在质量和升高温度相同的情况下，比热容与吸收的热量成正比， 所以，煤油的比热容为：c煤油=1/2c水=1/2×4.2×103J/（kg•℃）=2.1×103J/（kg•℃）； （3）选用相同的电加热器，加热时间相同，物质吸收的热量相同，实验中通过加热时间来反映物质吸收热量的多少，这是转换法的应用； （4）因水的比热容大（即水的吸热能力强），在相同条件下用相同的电加热器分别给水和煤油加热，要使水和煤油升高相同的温度，由Q=cmΔt可知，水吸收的热量多，则对水加热的时间更长； （5）A．春天的夜晚，农民往稻田里灌水以防秧苗冻坏，是因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质相比，夜晚放出相同的热量后温度变化量较小，可以避免夜晚的低温冻坏秧苗，故A不符合题意； B．炎热的夏天常常在教室的地面上洒水，利用的是水蒸发吸热，故B符合题意； C．城区建造人工湖以降低“热岛效应”造成的夏季高温，是因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质相比，白天吸收相同的热量后温度升高的较小，可以减弱“热岛效应”，故C不符合题意； D．汽车发动机的冷却循环系统用水做冷却，是因为水的比热容较大，在质量和温度变化量一定时，水吸收的热量更多，冷却效果更好，故D不符合题意。 故选：B。 故答案为：（1）吸收的热量相同；（2）a；2.1×103J/（kg•℃）；（3）加热时间；转换法；（4）水；（5）B。 7.气温变化与人类生活全球变暖给人们生活带来了许多灾难，人们必须控制全球温度上升的速度。世界上很多城市的气温都比周围郊区的高，特别是在晴朗无风的夜晚，有时会相差4～5℃，这种现象叫做“热岛效应”。为了缓解“热岛效应”，人们往往会采取控制空调温度、绿色出行、合理规划建筑、加强城市绿化与水系建设等措施。请回答： （1）有时很多城市的气温都与周围郊区相差4～5℃，其中5℃读作  。 （2）如图是录得某城市和其郊区某天的气温随时间变化图像，其中反映城市当天气温的曲线是  ；（选填“A”或“B”） （3）小明到郊区研学，一阵风吹来感觉到凉快，这是因为  ； （4）如果要通过加强城市绿化与水系建设来缓解“热岛效应”，下列具体做法不能实现的是  ； A.建人工湖 B.植树造林 C.密集建楼 （5）绿色出行能降低出行中的能耗和污染，减弱热岛效应，如： （写一种情况即可）。 【答案】（1）5摄氏度；（2）B；（3）身上水分蒸发吸收热量；（4）C；（5）减少使用私家车次数。 【解答】解：（1）5℃读作5摄氏度； （2）建筑群、马路中的砂石、水泥的比热容小，相同质量的水和其它物质比较，在相同日照条件下，温度上升更明显；反映城市当天气温的曲线是B； （3）一阵风吹来感觉到凉快，是身上水分蒸发吸收热量； （4）AB、水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，在相同日照条件下，水升高的温度低，建人工湖和植树造林可以缓解“热岛效应”，故AB错误； C、密集建楼。水泥的比热容小，相同质量的水和其它物质比较，在相同日照条件下，温度上升更明显，不可以缓解“热岛效应”，故C正确； 故选：C； （5）绿色出行能降低出行中的能耗和污染，减弱热岛效，减少使用私家车次数、尽量步行、骑自行车或多乘公交车和地铁等公共交通工具出行。 故答案为：（1）5摄氏度；（2）B；（3）身上水分蒸发吸收热量；（4）C；（5）减少使用私家车次数。 8.热岛效应如今的人们会感觉到城市的温度高于郊区，这就是常说的热岛效应。分析城市“热岛效应”的主要原因：一是工厂、交通工具、电气设备和人群排放大量的热量；二是建筑群、马路中的矿石、水泥，在相同的日照条件下温度上升更明快；三是城区内自然水域的面积小，水的蒸发少，降温作用减弱；四是城区内楼群林立，难以形成空气对流。 为了改善城市的人居环境，人们应采取一些有效的措施，例如植树造林，提高资源利用率，更多地利用太阳能、水能、风能，都可以控制环境的热污染。  （1）在我国，随着轿车大量的走进家庭，热污染更加严重。汽油机是工农业生产中常用的热机，小白同学阅读了某型号汽车发动说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机的效率为  %，汽油的热值为4.6×107J/kg,则在汽油机内完全燃烧2kg汽油能放热  J，这些热量通过该汽油机转化的能对外做有用功  J；汽车行驶时发动机产生的牵引力是F，则燃烧质量为m的汽油，能使汽车前进的距离s= （用给出物理量的符号表示距离s的表达式，汽油的热值在本小题中用q表示）。 （2）建筑群、马路中的矿石、水泥的  小，在相同的日照条件下温度上升更明显。 （3）城区某处湿地路灯采用风能、太阳能路灯照明，太阳能电池板将  能转化成  ，减少对环境的热污染。 【答案】（1）30；9.2×107；2.76×107；10；30％mq/F ；（2）比热容；（3）太阳；电能。 【解答】解：（1）由图可知，输出有用功所占总能量的百分比为：100%-33%-30%-7%=30%， 所以该内燃机的效率为η=30%； 2kg汽油完全燃烧要放出的热量：Q放=qm=4.6×107J/kg×2kg=9.2×107J； 根据η=W有/W总 可得：W有用=Q放η=9.2×107J×30%=2.76×107J； 由题知：燃烧质量为m的汽油，所做的有用功为： W=Fs=Q放×30%=mq×30%=30%mq 所以，能使汽车前进的距离为：s=30％mq/F； （2）建筑群、马路中的砂石、水泥的比热容小，在相同日照条件下，温度上升更明显； （3）太阳能电池板把太阳能转化为电能。 故答案为：（1）30；9.2×107；2.76×107；10；30％mq/F ；（2）比热容；（3）太阳；电能。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $$