22.3 跨学科实践 ：为节约能源设计方案 2025-2026学年物理人教版九年级全一册

第二十二章 能源与可持续发展 课时分层提优 第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案 1 为响应国家“双碳”政策，学校启动“绿色校园”节能改造计划。你作为科学实 践小组的成员， 需运用初中物理知识，从能源调研、方案设计到效果评估，完成 一套完整的校园节能方案，最终向学校提交可行性报告，助力打造低碳校园。 任务一：项目启动：能源现状调研 任务目标：掌握能源分类与家庭能耗数据，为设计方案提供依据。 1.能源分类判断：在以下几组能源中，全部属于可再生能源的是( ), 属于不可再 生能源的是( ) A.太阳能、潮汐能 B.煤炭、石油 C.核能、风能 D.天然气、水能 A B 2 2.校园能耗计算：学校计算机教室有40台电脑每台功率200 W), 每天使用8小时， 一个月(20天)耗电多少度? 解 ：W=Pt=0.2 kW×40×8 h×20= 1 280 kW·h=1 280 度 3 任务二：方案设计：节能措施实践 任务目标：通过实验与计算，设计科学有效的节 能方案。 3. 食堂热水器能效分析。 (1)学校食堂用天然气热水器将100 kg 水从 20℃加热到60℃,消耗天然气0.6 m³(天然 气热值3.5×10⁷ J/m³), 求热水器的效率。 4 (2)请你给出一个提高热水器效率的方案。 利用废气或废热预热冷水，减少能源消耗。(合理即可) 5 4. 教室用保温材料选择。 任务目标：为减少制冷及取暖费用，需要为教室加装保温层。 (1)热导率的概念：在同样的环境温度下，我们触摸金属时的感觉比触摸木头时的 感觉更“凉爽”。这是因为我们感觉到的其实是散热的功率。由于金属的热导率 _______( 选 填“高于”“等于”或“低于”)木头的热导率，所以触摸金属时皮肤散热更快， 从而感觉更“凉爽”。如果我们在金属板和木板上各放一块相同的冰块，并保持环境 温度(高于零摄氏度 )、通风情况等其余条件相同，那么_______(选填“金属板”或“木 板”)上的冰块先融化。 高于 金属板 6 (2)保温材料选择 热导率越低，保温效果越好。你应当选择哪种 材料作为教室的保温层呢?请说明理由。 聚苯板。对比数据，聚苯板热导 率仅为0.03 W/(m·℃), 在所列材 料中热导率极低， 保温性能优异，因此最适合作为教室保温层材料。 7 任务三：方案优化：智能与新能源应用 任务目标：结合智能电器与新能源技术，提升节 能效果。 5.新能源校车续航计算。 学校校车年消耗柴油1 000 kg(柴油热值4.3×10⁷J/kg), 若换用效率90%的电动校车 (最高时速100 km/h, 功 率 50 kW), 求 年行驶里程。 8 任务四：成果展示：节能方案报告 任务目标：整合数据，撰写报告，提出可行性建议。 6.报告框架。 (1)现状分析：校园能源消耗结构。 9 (2)节能措施。 ①更换 LED 灯，若将学校照明使用的200只 60 W白炽灯更换为15W 的 LED灯，以 每天照明 6小时计算，一年可以节电_______千瓦时。 ②加装聚苯板保温层，提高取暖制冷效率。未 安装保温层时，冬季取暖每小时需要 消耗5kW·h的电能来维持室内温度。加装保温层后，通过热传递散失或获得的热量 减少了 60%。求加装聚苯板保温层后冬季每天取暖 10小时，每年冬季取暖可节约 多少电能?(冬 季取暖按150天计)。 解：未加装保温层时，冬季每小时消耗电能5 kW·h, 加装后热量散失减少60%, 则每小时消耗电能变为5 kW·h×(1-60%)=5 kW·h×0.4=2 kW·h 每小时节约电能△W=5 kW·h-2 kW·h=3 kW·h 每年冬季取暖可节约电能W冬=△W₁×10 h×150=4500 kW·h 19710 10 ③新能源应用 电动校车减少柴油消耗。 7. 创新建议。 ①在教学楼顶安装太阳能板，利用可再生能源发电。 ②_____________________________________________________________________。 使用智能插座控制实验室设备，降低待机能耗(合理即可) 11 1.下列事例中，能表示能量转化或转移具有 “方向性”的是( ) A. 电能可以转化为机械能，机械能也可 以转化为电能 B.机械能可以转化为内能，内能也可以 转化为机械能 C. 动能可以和重力势能相互转化 D.热量自发从高温物体向低温物体传递，却不能自发从低温物体向高温物体传递。 D 课时微专题 能源与可持续发展 12 2. 保护环境、节约能源是我们每个人的责任，下列做法或说法正确的是( ) A.随着科技的发展，永动机一定会被造出来 B. 让家中的电视机长时间处于待机状态 C. 核电站使用过的核废料无放射性，不会污染环境 D. 能量在转化过程中是守恒的，但转化具有方向性，所以我们要节约能源 D 13 $$