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（2024）九年级全一册

该初中物理课件围绕“能源与可持续发展”主题，系统整合了能源类型、节能措施、新能源应用及项目化实践等内容，通过家庭能源调查、保温材料选择、太阳能小车设计等真实情境任务，构建从概念理解到实际应用的学习支架，层层递进地引导学生建立能量观念和环保意识。 其亮点在于深度融合科学思维与科学探究，以“制订家庭节能方案”为核心任务，引导学生运用模型建构分析保温材料性能，通过证据推理判断新能源汽车可行性，体现物理观念在生活中的迁移应用。例如第4题要求学生从节能和使用需求双维度收集数据并论证决策，强化科学论证能力。该设计不仅提升学生解决实际问题的能力，也帮助教师实现跨学科融合教学，激发学生对可持续发展的责任担当。

第二十二章　能源与可持续发展 第3节　跨学科实践：为节约能源设计方案 素养分层评价 课标知识导学 项目式学习单 一、课标要求 1.知道生产生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。 2.从能量转化和转移的角度认识效率。 3.列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。 4.从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。 二、学以致用 1.查找资料,了解空调的能效等级与能效比的含义,并了解它们之间的关系。 2.观察学校的能源利用情况,列举存在能源浪费或利用效率偏低的例子,撰写一份学校节能提效的报告。 项目主题:制订优化自己家庭能源使用的具体方案。 项目实施: 1.调查家中能源使用的情况,并在表格中填写相应的情况。   2.根据你的调查结果,你觉得家中在哪些方面的能源使用可以优化?其中有哪些是要优先改进的?  3.优化能源使用的方法不止一种。例如,可以在家中使用太阳能等新能源,也可以利用技术手段来提高现有能源的使用效率,还可以从自身做起,通过优化家庭用车等行为来节约能源,减少浪费……你想利用哪些方法? 4.在确定节能方法时,需要从哪些角度分析?例如,如果打算用新能源汽车取代家中的传统燃油汽车,那么从是否节约能源的角度,应该收集哪些证据?怎样分析?从能否满足人们使用需要的角度,又应该收集哪些证据?怎样分析? 5.制订与检验设计 方案一:对房屋进行改造,加装保温层来节约能源。 (1)选取材料:对各种保温材料进行评估,从中选取两种保温材料。 经过评估,你选取的保温材料为:  。 (2)确定房屋保温的设计方案。 (3)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。 方案二:为家庭用车提供建议。 (1)当前主流新能源汽车主要分为纯电动汽车(BEV,完全依赖电池驱动)和插电式混动汽车(PHEV,可外接充电的油电混合车型)。请针对市场在售车型开展调研,分类整理纯电动和插电式混动两大技术路线的具体车型。 纯电动汽车:  。 插电式混动汽车:  。 (2)选取分析对象,查询新能源汽车与燃油汽车能耗对比。 (3)以你选取的新能源汽车对象为例,与传统燃油汽车相比,该款新能源汽车是否满足你家的日常使用需要? (4)除了节能和环保,你认为还有没有其他因素能促进新能源汽车的发展? 项目分析: 请估算,如果你的家庭按照设计方案优化能源的使用,那么每年会节约多少能源?如果全国所有家庭都采取类似的节能措施,那么会节约多少能源? 展示交流: 1.推动绿色发展,促进人与自然和谐共生。下列行为属于合理利用能源和节约能源的是(　　)。 A.家里来客人尽量使用一次性杯子 B.手机充电完毕,不及时拔下充电器 C.多安装景观灯,使城市更美 D.鼓励短距离出行时骑自行车或坐公交车 D　 2. 某项目化学习小组以“中山绿色发展探秘”为主题,开展了项目化实践活动,探寻中山市居民节能低碳生活方式。 (1)中山市通过多措并举,宣传推广绿色节能低碳知识,中山市居民更是把绿色节能低碳理念转化为日常的自觉点滴行动中,切实做到:①随手关灯;②不让用电器处于待机状态;③尽量使用节能灯。根据公式W=Pt可知,方式③可以节约用电的理由是  　 。   (2)项目小组同学还了解到,阶梯电价、分时电价等计费方式也会大大提高人们节约用电的意识。以下是实施分时电价的具体方案: 节能灯的功率小,相同时间内,消耗的电能少　 某同学家第一天早8:00、晚21:00和第二天早8:00这三个时刻电能表的示数分别如图所示,则她家这天应付电费　　　　　　元。  5.6　 用电时段 时段范围 电价 高峰期 第一天8:00~21:00 0.55元/(kW·h) 低谷期 21:00~第二天8:00 0.30元/(kW·h) 第一天早8:00 第一天晚21:00 第二天早8:00 3.在跨学科实践课上,某小组开展了“设计太阳能小车”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流会的实践过程。 【项目主题】 (1)设计太阳能小车。 (2)优化太阳能小车电力系统。 【项目实施】 (3)设计太阳能小车。 太阳能小车的核心是太阳能电池板;太阳能电池板工作时,是将太阳能转化为　　　　能,再带动电动机工作,其中电动机的工作原理是　  　 。  电　 通电线圈在磁场中受力而转动　 (4)优化太阳能小车电力系统。 小组同学发现,太阳能发电受光照强度影响,在光照不足时小车的动力减弱,用来补充光照不足时的能量缺口。在光照充足时,可为蓄电池充电,此时太阳能电力系统在电路中相当于　　　　;光照不足时,蓄电池为小车提供电能,此时蓄电池内发生的能量转化是　　　　 　　　　　。  【项目拓展】 太阳能汽车是一种靠太阳能来驱动的汽车,相比传统热机驱动的汽车,太阳能汽车是真正的零排放,太阳能汽车被诸多国家所提倡。 电源　 化学能转化为电能　 若一辆太阳能汽车在水平路面上以最大机械功率800 W运动,一段时间后再将功率减小到P,并保持此功率运动,其运动的v-t图像如图所示,运动过程中汽车受到的阻力恒定不变,则阻力为　 N,P的大小为　　　W。  80　 480　 4.为满足人民群众多样化的住房需求,许多地区对老旧小区楼房增加了外墙保温改造这一项目。某物理兴趣小组在综合实践中对保温材料的各种性能及其应用进行了研究。下表中为市场上三种常用的保温材料相关信息,其中传热系数W越大,保温效果越差。 保温材料名称 传热系数W/(m2·k) 防火性能 最高使用温度/℃ Z/(kg·m-2) 聚氨酯泡沫 0.033 阻燃B1级 75 1.4 聚苯乙烯泡沫 0.042 阻燃B1级 65 1.0 岩棉 0.065 不燃A级 600 2.4 (1)某地秋冬季气温普遍较低,结合题干信息,你建议该地区房屋改造选择哪种保温材料?请说明理由。 (2)选择保温材料时,密度是重要考虑因素,小光发现表格缺少密度信息,于是对三种保温材料的质量和体积进行测量,其中一种样本的质量为0.8 g,体积为40 cm3,求该样本材料的密度。 (3)小明发现,表格中参数“Z”的单位与密度“ρ”很相似,猜想“Z”与“ρ”在数值上可能有一定关系,即当保温材料厚度一定时,可以推导出“Z”与“ρ”的关系。若(2)中样本材料的厚度为5 cm,请根据小明的猜想,结合(2)中的信息,计算出该样本材料的Z值,并判断该样本材料的名称。 答案：(1)根据题意可知,保温材料的传热系数W越大,保温效果越差,由于该地区秋冬季气温普遍较低,所以该地区房屋改造时,应选择聚氨酯泡沫作为保温材料。 (2)该样本材料的密度为20 kg/m3。 (3)该样本材料的Z值为1 kg/m2,是聚苯乙烯泡沫。 5.在跨学科实践课上,某小组开展了“设计太阳能路灯照明系统”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程。 【项目主题】 ①设计制作太阳能照明电路。 ②设计太阳能路灯照明系统。 【项目实施】 (1)小明先设计了如图甲所示的电路,连接好电路后,放到阳光下,闭合开关,灯泡发光。此电路中　　　　 提供电能。  太阳能板　 (2)考虑到太阳能板只能在白天将太阳能转化为电能,而路灯需在晚上实现照明,因此该照明系统要在白天储能,晚上进行照明,于是增加了蓄电池和光控开关(光控开关S在明亮环境自动接b,在较暗的环境自动接a)来实现这一功能,设计的电路如图乙所示。请简要说明该路灯照明系统白天和晚上的工作过程:  　 .  。 白天光能转化为电能,然后转化为化学能存储起来, 　 等到了晚上再将化学能转化为电能,然后通过路灯转化为光能　 【项目拓展】 小明家附近的一条路想要安装100盏路灯,要求路灯高6 m,每晚照明时间8 h。小组同学建议安装太阳能路灯,下表是小组成员为这条路选用的路灯的元器件及参数。 太阳能路灯部分技术参数表 灯杆 灯杆高6 m,灯臂长1 m LED灯 12 V/30 W 太阳能板 单晶片电池板12 V/70 Wp 蓄电池 直流电压12 V,电池容量900 W·h (3)根据以上信息可知,蓄电池的容量900 W·h=　　　　　J。由于阴天阳光不足,太阳能板几乎无法给蓄电池充电,所以这个太阳能照明系统能够在连续阴天的情况下至少保证　　　　　天晚上的正常照明。(假设蓄电池能够释放储存的全部电能)  (4)请写出相比于普通路灯,太阳能路灯的优点　　　　　　　。(一条即可)  3.24×106 　 3　 节能环保　 6.在交通运输中,常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能。“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积,即客运效率。目前我国大力发展新能源汽车,已知某品牌新能源汽车充满电一次仅需2 h,耗电32 kW·h,在满载4人的情况下可行驶200 km。而普通燃油轿车在满载5人的情况下,100 km油耗为8 L,已知:汽油的热值为4.6×1J/kg,汽油的密度为0.71×1kg/m3。 (1)求新能源汽车与普通燃油轿车的“客运效率”之比。 (2)从科学角度分析,新能源汽车未来获得快速发展的优势和短板各是什么。(各写出一条) 答案：(1)4∶1 (2)优点:可以节约化石能源,减少环境污染。 缺点:在蓄接能源时,所用的时间太长,即一次充电需要2 h。 感谢观看 $