第十二章内能与热机 跨学科实践 科学安排饮食与运动 、燃油汽车与电动汽车的对比研究 课件- 2025-2026学年沪粤版（2024）物理九年级上册

第十二章内能与热机 跨学科实践　科学安排饮食与运动 人们日常生活中需要的热量大部分来自食物。一些学生因为过量饮食而肥胖，又为了瘦身而盲目节食缺乏运动，这些对学生的健康成长都非常不利。同学们对提升自己的身体素质有着强烈渴望。“如何科学地安排饮食与运动”这一关键问题，旨在通过多学科知识融合与实践探索，帮助学生健康成长。 核心任务：如何科学地安排饮食与运动。 课堂导学 随堂检测 任务一：每天按照中国居民平衡膳食宝塔按时、按量摄取食物，根据自己每天的情况，计算每天从食物中吸收的热量 课程任务 任务导学 根据Q吸＝qm计算自己从食物中吸收的热量，其中q表示每克营养物质被人体吸收后释放的热量；m表示人体吸收的营养物质的质量，单位为g 课程知识 营养物质 每克该营养物质被人体吸收后释放的热量/J 淀粉 1.72×104 蛋白质 1.76×104 脂肪 3.91×104 任务导学 1.某男同学（14岁）早饭摄入100 g淀粉和30 g蛋白质，获得的热量是多少？ 课程能力 解：Q＝100 g×1.72×104 J/g＋30 g×1.76×104 J/g＝2.248×106 J。 答：获得的热量是2.248×106 J。 任务导学 任务二：计算需要消耗掉的热量 课程任务 用自己从食物中吸收的总热量减去每天正常生活需要的热量 年龄 男生每天正常生活所需的热量Q/J 女生每天正常生活所需的热量Q/J 13～15岁 1.0×107 0.97×107 16岁 1.2×107 1.0×107 课程知识 任务导学 2.该同学今天一共摄入了350 g淀粉、100 g蛋白质、60 g脂肪，这些营养物质释放的热量有多少焦是多余的？ 课程能力 解：Q＝350 g×1.72×104 J/g＋100 g×1.76×104 J/g＋60 g×3.91×104 J/g＝1.012 6×107 J Q多＝Q－Q消＝1.012 6×107 J－1.0×107 J＝1.26×105 J。 答：这些营养物质释放的热量有1.26×105 J是多余的。 任务导学 任务三：选择合适的活动项目，计算活动时间 课程任务 活动项目 该同学进行运动每分钟消耗的热量/J 弹钢琴、打台球 1.1×104 整理房间、扫地 1.3×104 打乒乓球、打排球 1.9×104 打羽毛球、打网球 2.5×104 长跑、爬山、 打篮球、踢足球 3.8×104 课程知识 任务导学 3.该同学喜欢打篮球，要消耗掉题2中多余的热量，需要打篮球多长时间？（结果保留两位小数） 课程能力 解：t＝ ≈3.32 min。 答：需要打篮球3.32 min。 任务导学 壮壮是一名初三的男学生，他记录了自己某一天的饮食情况。（初三男生每天正常生活需要的热量为1.0×107 J，表1为几种营养物质被人体吸收后释放的热量，表2为壮壮进行各项活动消耗3.8×105 J热量所需要的时间，表3为壮壮一天的饮食情况及食物中营养物质含量） 表1 营养物质 淀粉 蛋白质 脂肪 每克该营养物质释放的热量/J 1.72×104 J 1.76×104 J 3.91×104 J 表2 活动项目 铺床、扫地等做家务 打排球、打羽毛球、打网球 长跑、打篮球、踢足球 时间/min 30 15 10 实践特训 表3（“—”表示含量太少，不计入统计）   食物 淀粉含量 蛋白质含量 脂肪含量 早餐 一杯牛奶（200 g） — 3.2% 3.6% 一个鸡蛋（50 g） — 13% 8.8% 8片面包片（每片40 g） 60% 8.3% 5.1% 午餐 米饭（300 g） 65% 2.5% — 炒青菜（200 g） — —   鸡肉（100 g） — 20.3% 9.4% 鱼肉（100 g）   10.1% 2.5% 晚餐 一碗小米粥（200 g） 70% — — 土豆丝（150 g） 15% — — 2个馒头（每个80 g） 40% 7% — 实践特训 1.壮壮这一天从食物中摄入的热量有多少？ 解：Q淀粉＝(8×40 g×60%＋300 g×65%＋200 g×70%＋150 g×15%＋2×80 g× 40%)×1.72×104 J/g＝1.055 22×107 J， Q蛋白质＝(200 g×3.2%＋50 g×13%＋8×40 g×8.3%＋300 g×2.5%＋100 g×20.3%＋100 g×10.1%＋2×80 g×7%)×1.76×104 J/g＝1.558 656×106 J， Q脂肪＝(200 g×3.6%＋50 g×8.8%＋8×40 g×5.1%＋100 g×9.4%＋100 g×2.5%) ×3.91×104 J/g＝1.556 962×106 J， Q＝Q淀粉＋Q蛋白质＋Q脂肪 ＝1.055 22×107 J＋1.558 656×106 J＋1.556 962×106 J＝1.366 781 8×107 J。 答：壮壮这一天从食物中摄入的热量有1.366 781 8×107 J。 实践特训 2．壮壮这一天多摄入的热量如果通过长跑来消耗，需要多长时间？（结果保留两位小数） 解：Q多＝Q－Q消＝1.366 781 8×107 J－1.0×107 J ＝3.667 818×106 J， t＝ ×10 min≈96.52 min。 答：需要96.52 min。 实践特训 跨学科实践　燃油汽车与电动汽车的对比研究 随着科技的不断发展和人们生活水平的提高，汽车成为人们日常出行的主要交通工具之一，大部分家庭也至少有一辆小汽车。公路上现在行驶的汽车，有一部分是传统的燃油汽车，还有一部分是电动汽车，燃油汽车与电动汽车有哪些区别呢？我们就这一问题进行研究。 核心任务：燃油汽车与电动汽车的对比研究。 课堂导学 随堂检测 任务一：热学与电磁学分析 课程任务 工作原理：燃油汽车使用的是热机，热机通过燃烧汽油或柴油产生热能，经过四冲程转化为机械能，一般由火花塞、活塞、曲轴、连杆等组成，效率为20%～30%（汽油机）和45%左右（柴油机），但燃油汽车续航加油仅需5分钟，满油续航500～1 000 km，受温度影响较小；电动汽车使用的是电机，电机主要由线圈和磁体组成，结构较简单， 课程知识 任务导学 通过电池带动电机工作，电能直接转化为机械能，能量转化效率最高可达95%，但电池用快充充电需30分钟（30%～80%电量），续航为300～600 km，温度较低时续航缩水30%～50%。 对环境的影响：热机通过汽油或柴油的燃烧做功，会通过排气管向空气中排放尾气，尾气中会含有有害气体和造成“温室效应”的二氧化碳，严重影响环境；电机正常使用时没有尾气产生，但电池的寿命通常在5～8年，电池的生产和回收环节存在污染 任务导学 1.汽车已成为现代生活中不可缺少的一部分，大多数家用汽车的发动机为汽油机，在　　　　　冲程中把汽油燃烧释放的内能部分转化成机械能，再通过传动结构将动力传给车轮使汽车行驶。 课程能力 2．发动机的效率是汽车的经济性能指标之一， 国产某品牌汽车内燃机工作过程中能量流向扇 形图如图所示，则该内燃机的效率为　　　　。 做功　 38% 任务导学 任务二：根据分析提出合理化建议 课程任务 1.引入米勒循环技术，通过延迟关闭进气门降低泵气损失，提高热机效率。 2．引入氢燃料掺烧技术，减少燃油汽车尾气中有害气体和二氧化碳的排放量。 3．加速全固态电池产业化，缓解电动汽车低温续航问题，延长电池寿命。 4．在合适的范围内增大充电桩的充电效率，减少充电等待时间 课程知识 任务导学 乐乐学习了热机的知识后，对家里的燃油汽车产生了浓厚的兴趣，在爸爸的鼓励下，乐乐进行了关于燃油汽车的研究性学习。 1．燃油汽车的基本构造主要包括以下几个核心部分：发动机、传动系统、底盘、车身和电气系统。 2．内燃机是燃油汽车的“心脏”，燃料燃烧 时将　　　　　能转化为内能。某燃油汽 车的内燃机的能量流向如图所示，根据给 出的信息，该内燃机的效率为　　　　　. （用图中的符号表示）。 化学 实践特训 3．乐乐了解到，有一种采用“涡轮增压”技术的发动机，给气缸内输入更多的空气，使燃料燃烧更充分，更节能。和普通发动机相比，其热机效率　　　　　（选填“更高” “更低”或“不变”）。 更高 实践特训 $$