20.3跨学科实践：设计节能房屋模型 ---2025-2026学年北师大版（北京）（2024）物理九年级上学期

第三节　跨学科实践设计节能房屋模型 第二十章　能源与可持续发展 01 基础过关 02 能力进阶 目 录 1. 从能量和宜居的视角分析节能房屋，下列要求中不合理的是（　D　） A. 能量利用方面，可再生能源的比例高 B. 房顶和墙面，选择隔热性能好的材料 C. 使用空间相同时，房顶和墙体总面积小 D. 窗户比墙面散热多，少装或不装窗户 D 1 2 3 4 返回目录 2. （跨学科实践·工程实践）某学习小组开展了“设计隔热节能房屋”跨学科实践活动。 （1） 学习小组为了比较材料的隔热性能，找到厚度相等的三种材料，制成大小、形状和结构均相同的房屋模型。用白炽灯光模拟太阳光，房屋位置如图甲所示，将温度传感器分别放在房屋模型 　内　（选填“内”或“外”）部的相同位置。闭合白炽灯开关，每隔1min，同时测量三个房屋模型的温度。 内　 第2题 1 2 3 4 返回目录 （2） 图甲中三个房屋模型的摆放位置不合理，原因是 　三个房屋模型与白炽灯的距离不等，光照强度不同　。 （3） 优化实验方案后进行实验，温度传感器的示数变化情况如图乙。根据图像分析，学习小组应选择 　泡沫板　作为房屋的隔热材料。 三个房屋模型 与白炽灯的距离不等，光照强度不同　 泡沫板　 第2题 1 2 3 4 返回目录 3. （跨学科实践·工程实践）某校学习小组的同学们想探究“太阳能电池板的光电转换效率与哪些因素有关”，于是找来两块完全相同的太阳能电池板连接小灯泡进行探究。把两块电池板放在相同的室外环境中，其中A电池板倾斜放置并保持不变，B电池板每隔两小时调整一次角度，使其正对太阳光，同时观察小灯泡的亮度并记录，如表所示。 时间电池板 10点 12点 14点 16点 18点 A 一般 很亮 很亮 一般 很暗 B 很亮 很亮 很亮 很亮 一般 1 2 3 4 返回目录 （1） 实验中通过 　小灯泡的亮度　来比较太阳能电池板的光电转化效率。 （2） 分析表格中数据，发现太阳能电池板的光电转换效率与 　光照强和 　电池板与太阳光的角度　有关。 （3） 学习小组计划在房屋屋顶安装太阳能电池板给房屋供电。安装在屋顶的太阳能电池板朝南放置，这样有利于获取 　太阳能　。 （4） 深圳某天1m2的太阳能电池板发电量为0.8kW·h，若当天家庭用电量为16kW·h，为了满足用电需求，太阳能电池板的面积至少为 　 　m2。 小灯泡的亮度　 光照强度 电池板与太阳光的角度　 太阳能　 20　 1 2 3 4 返回目录 4. 将小烧杯放进大烧杯中，在两个烧杯之间分别塞满厚度相同的泡沫塑料和棉花，再将热水倒入小烧杯中，盖好插有温度计的盖子，如图甲所示。根据实验测得的泡沫塑料组中水温随时间变化的图像如图乙所示，如表是棉花组中水温随时间变化的数据。 第4题 1 2 3 4 返回目录 时间/min 0 10 20 30 40 50 60 70 80 棉花组温度/℃ 80 55 38 29 23 20 20 20 20 请你根据表格中棉花组的实验数据，在图乙中描点作出图像。分析图像可得出结论： 　当材料的厚度相同时，保温性能与材料的种类有关，泡沫塑料的保温性能比棉花好　。 当材料的厚度相同时，保温性能与材料的种类有关，泡 沫塑料的保温性能比棉花好　 第4题 1 2 3 4 返回目录 5. 如图所示，通过接在插座上的电流转换器，将电能转化为超声波， 电动小车上的接收器接收到超声波信号，可将其能量转化为电能给电池 充电.已知接收器接收到的超声波功率与它和转换器间的距离L的平方成 反比，它将超声波能量转化为电能并储存在电池中的效率为50％.当小 车与转换器间的距离L0＝1m时，接收器接收到的超声波功率P0＝8W. 当小车在平直路面上以0.2m/s的速度匀速行驶时，所消耗的电池电能的 80％用于维持小车的匀速行驶，小 车受到的阻力为16N. （第5题） 1 2 3 4 5 6 返回目录 （1） 当小车与转换器间的距离为1m时，求电池充电1h所储存的电能. 解：（1） 电池充电1h后，接收器接收到的超声波能量W1＝P0t0＝ 8W×3600s＝2.88×104J；由题意知，电池所储存的电能E电＝η1W1＝ 50％×2.88×104J＝1.44×104J （第5题） 1 2 3 4 5 6 返回目录 （2） 小车在平直路面上以0.2m/s的速度匀速行驶5min，求该过程中消 耗的电池电能. 解：（2） 由v＝可得，小车在平直路面上匀速行驶5min的过程中，行 驶的距离s＝vt＝0.2m/s×5×60s＝60m；克服阻力做的功W2＝fs＝ 16N×60m＝960J；消耗的电池电能E＝＝＝1200J （第5题） 1 2 3 4 5 6 返回目录 （3） 若充电时小车与转换器之间的距离L＝2m，则2h内所充电能可使 小车以0.2m/s的速度匀速行驶多远？ 解：（3） 由题意得，＝，则＝，解得P＝2W，2h内转化 成的机械能W'＝Pt'η1η2＝2W×2×3600s×50％×80％＝5760J；由W ＝fs可得，s'＝＝＝360m （第5题） 1 2 3 4 5 6 返回目录 6. 阅读材料，回答问题. 电动机的能量 电动机利用通电线圈在磁场里转动的原理，把电能转化为机械能. 如果电动机输入端的电压为U，且电动机不加任何负载，那么在电动机 接通瞬间，线圈没有转动，因而此时电流可以计算为I＝，这是通过欧 姆定律得出的结论.但当电动机的线圈在磁场里转动时，线圈导线切割 磁感线，所以在线圈中必然要产生感应电压，我们把它称作感应电动势 E，因其方向跟外加电压的方向相反，通常把这个感应电动势称作反电 动势，记为E反.线圈的两条侧边都会切割磁感线，同时产生感应电动 势，如图所示，其大小分别为E1和E2，反电动势E反＝E1＋E2，这样加在 线圈上的实际电压不再是U了，而变成了U－E反. 1 2 3 4 5 6 返回目录 从能量上看，由于存在着反电动势，有一部分电能转化为机械能，电功 并不等于电热，此时电路供给电动机的功率（输入功率）UI，转化为机 械能的功率（输出功率）E反I，以及线圈上的热功率I2R两部分. （第6题） 1 2 3 4 5 6 返回目录 （1） 如果用E反表示反电动势，U表示外加电压，R表示线圈电阻，那 么电动机工作时通过线圈的电流等于 （用字母表示）. （2） 若一台额定电压为3V的小直流电动机正常工作时，正常转动时反 电动势为2.4V，线圈的电阻为2Ω，该电动机正常转动时将电能转化为 机械能的效率为 ％. 　 80　 （第6题） 1 2 3 4 5 6 返回目录 $$