22.3 跨学科实践：为节约能源设计方案-2025-2026学年人教版（2024）九年级物理全一册

该初中物理课件聚焦“能源与可持续发展”，通过家庭能源调查、社区案例分析等实践活动导入，连接能量观念，搭建“调查-分析-设计-检验”的学习支架，帮助学生从理论走向实际应用。 特色在于跨学科实践与核心素养融合，以“隔热节能房屋设计”为例，通过材料热导率比较（科学思维）、太阳能电池板测算（模型建构）、社区数据调研（科学探究），培养节能意识与探究能力。提供方案模板与评价量表，助力教师开展实践教学，提升学生解决实际问题的能力。

第3节　跨学科实践：为节约能源设计方案 第二十二章　能源与可持续发展 制订优化自己家庭能源使用的具体方案，首先应该了解家庭使用能源的具体情况，然后有针对性地提出优化方案，分析它的有效性和可行性，并与他人交流讨论，对方案进行改进。 项目分析 项目实施 把调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。设计表格将其记录下来。 1.调查家中能源的使用情况 （1）根据调查的结果，分析家中哪些方面的能源使用可以优化，其中又有哪些是要优先改进的。 （2）优化能源使用的方法不止一种，结合实际考虑具体使用那种方案。 （3）在确定节能方法时，除了节约能源，还需要从哪些角度分析？应该收集哪些证据？怎样分析？ 2.选取优化对象与确定改进方法 3.制订与检验设计方案 可以从很多方面优化能源使用的方法，下面仅举一例。 方案一：为房屋加装保温层。 （1）明确思路。用保温能力比较强的材料将房子“包裹”起来，以减少房屋内部与外界的热量交换，以节约能源。 （2）选取材料。通过查找资料得到保温材料在不同条件下的热导率。 再综合考虑环保性、价格、耐火性，以及是否容易安装，从中选出一两种材料作进一步比较分析。 （3）确定方案。选定保温材料后，再围绕安装保温材料的位置，保温材料的规格尺寸，门窗如何进行保温处理等问题制订具体的设计方案。 （4）制作模型与检测。在真正实施方案前，需要制作一个简易模型来模拟我们的家，通过测试来检验方案是否有效，并提出优化建议。 展示交流 1.在设计方案时不仅要提供具体的优化建议，还要有充分、确凿的证据以及合理的推理作为支撑。形成具体的方案后，大家进行交流讨论，找出方案的不足和改进方法。 2.归纳一些具体的家庭能源使用的优化方法。估算家中按照设计方案优化能源的使用，每年会节约多少能源？如果全国所用所用家庭都采取类似的节能措施，会节约多少能源？ 1. 探究小组打算调研社区能源的利用情况。他们在制订调查计划后,实地考察了100户人家能源使用情况,并对收集到的资料进行整理,数据如下: 居民节能行为调查统计表 项　目 是 否 节能行为优良率 家里的电器多数处在遥控待机状态 64户 36户 36% 家里使用节能灯具 75户 25户 75% 夏天待在空调房里,喜欢把温度调得很低 50户 50户 50% 能随手关掉不用的灯,不开长明灯 56户 44户 56% 1 2 (1) 从表中可以知道,这个社区的居民在四项节能行为中,做得最差的一项的节能行为是 　家里的电器多数处在遥控待机状态　。  (2) 为了培养居民的节能意识,下列做法不合理的是 　C　。  A. 在社区宣传栏张贴节能宣传页 B. 定期开展节能知识讲座 C. 社区部分居民已有节能意识,不用再进行节能宣传 家里的电器多数处在遥控待机状态　 C　 1 2 2. ★★(84分)(深圳模拟)深圳位于北回归线以南,属亚热带季风气候,日照充足。结合深圳气候特点,某学习小组开展了“设计隔热节能房屋”跨学科实践活动。 【活动目的】 从能量转化的角度出发,探讨利用可再生能源的途径和方法,完成隔热节能房屋的设计。 【活动方案】 (一) 结合材料学等学科知识,为房屋选择合适的隔热材料。 (二) 结合地理学等学科知识,测算太阳能电池板的面积。 (三) 结合工程和技术操作,研究节能热水器。 【实施过程】 (一) 选取房屋的“隔热材料”。 1 2 (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　(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　 1 2 (2) 图甲中三个房屋的摆放位置不合理,原因是 　三个房屋与白炽灯的距离不同,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所示。根据图像分析,学习小组应选择 　泡沫板　做房屋的隔热材料。  三个房屋与白炽灯的距离不同, 光照强度不同　 泡沫板　 1 2 (二) 测算太阳能电池板的面积。 (4) 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　。  (5) 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 　20　m2。  太阳能　 20　 1 2 (三) 研究节能热水器。 学习小组了解到有一款空气能热水器,其工作原理如图丙所示。液态工作介质经过蒸发器,吸收室外热空气中的热量后,蒸发成气态,进入压缩机,经压缩机压缩后,形成高温高压的气体,进入水箱中的冷凝管,释放热量后,变成液态,经过储液罐、过滤器、膨胀阀,再次回到蒸发器,开始下一个循环。 当室外温度低或需要快速制热时,热水器还需要用水箱中辅热器的电阻丝加热,从而缩短加热时间。学习小组把水从冷凝管吸收的热量与工作介质循环所消耗电能(不含辅热器消耗电能)的比值记为D。 1 2 1 2 (6) 压缩机通过 　做功　(填“做功”或“热传递”)方式改变工作介质的内能;高温高压的气体通过冷凝管后内能变 　小　。  (7) 在某一环境温度下,在空气能热水器水箱中装入200kg初温为20℃的水,关闭其他用电器,记录电能表的示数为932.2kW·h,启动空气能热水器(辅热器不工作),2h后,水温达到50℃,电能表的示数如图丁所示。此过程中,水吸收的热量为 　2.52×107　J,空气能热水器的电功率P为 　700　W,则该空气能热水器的D值为 　5　。[水的比热容取4.2×103J/(kg·℃)]  做功　 小　 2.52×107　 700　 5　 1 2 (8) 学习小组为了将题(7)中的加热时间缩短至80min,需要启动水箱中的辅热器加热。若D值和电功率P(不含辅热器的电功率)均不变,辅热器两端的电压是220V,加热效率是87.5%,则该辅热器中电阻丝的阻值为 　24.2　Ω。  24.2　 1 2 【交流与评价】 (9) 学习小组根据上述活动方案完成了“隔热节能房屋”的设计,请根据评价量表选择一个维度对该设计进行评价: 　节能情况:能省电能,在房屋顶安装太阳能电池板,电池板的面积设计合理可以满足家庭用电的需要,安装空气能热水器,也能大大降低电能的消耗　(需说明理由)。  评价维度 合格 不合格 节能情况 能省电 不能省电 稳定性 供能稳定 供能不稳定 节能情况:能省电能,在房屋顶安装太阳能电池 板,电池板的面积设计合理可以满足家庭用电的需要,安装空气能热水器,也能大 大降低电能的消耗　 1 2 $$