22.3 跨学科实践：为节约能源设计方案(课后作业)-【宝典训练】2025-2026学年新教材九年级全一册物理高效课堂（人教版2024）

宝典训练·物理·九年级全册(R) 第3节跨学科实践：为节约能源设计方案 1.为了提倡环保型新能源开发，减少现有能源的消耗。某小组在跨学科实践课上开展了“设计太阳 能照明系统”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助他们完成下列内容： 【项目实施】 太阳能 ,太阳能板 电池板 (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 a LED 电能； 开关 (2)考虑到太阳能板只能在白天将太阳能转化为电能，晚上再 灯泡 乙 蓄电池 提供给灯泡照明。因此需要此照明系统白天储能，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： 【项目拓展】 (3)小明想在家门口安装1盏太阳能路灯，要求路灯每晚照明时间8小时。下表是小组成员选用 的路灯的元件及参数。根据表格信息可知蓄电池的容量900Wh= J,由于阴天 阳光不足，太阳能电池板几乎无法给蓄电池充电，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） 太阳能路灯部分技术参数表 LED灯 12V/30W 蓄电池 直流电压12V,电池容量900Wh (4)请写出相比于普通路灯，太阳能路灯的优点： 。(一条 即可) 2.(2025·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” 148 第二十二章 能源与可持续发展 220V% 温度 O 混凝土 压缩机 热水出 kW.h …木材 o933⑥ …泡沫板 冷凝罐 箱冷水出 混凝土木材泡沫板 膨胀阀过滤器储液罐 220V2A,50H 工作 2500 Revs/kW.h 界 时间 介质 丁 (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 (选填“内”或“外”)部的相同位置。闭合白炽灯开关，每隔1分钟，同时测量三个房屋 模型的温度； (2)甲图中三个小屋的摆放位置不合理，原因是： (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 做房屋的隔热材料。 (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 (5)深圳某天1m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。 (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。 (6)空气能属于 (选填“可再生”或“不可再生”)能源；压缩机通过 (选填“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 (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 J,空气能热水器的电功 率P为 W,则该空气能热水器的D值为 ;(水的比热容取4.2×103J/(kg·℃) (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 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” 评价维度 合格 不合格 的设计，请根据以下评价量表选择一个维度对该设计 节能情况 能省电 不能省电 进行评价 稳定性 供能稳定 供能不稳定 (需说明理由)。 149高效课堂宝典训练·物理 11.C解析：由图2得，乙的波长较长，甲的波长较小，结合c=入f 可得则甲的频率较大，乙的频率较小，甲是我们能看得见的红 第3节跨学科实践：为节约能源设计方案 光，则乙可能是我们红外线，红外线是不可见光，故A错误：不 1.(1)太阳能板 同频率的两种电磁波在真空中的波速是相同的，故B错误；红 (2)白天光能转换为电能然后转化为化学能存储起来，等到了 外线通常用于取暖器产生热量，故电取暖器可能是利用乙电 晚上再将化学能转化为电能释放，通过路灯转化为光能 磁波工作的，故C正确；医生可以利用X射线拍X光片诊断病 (3)3.24×1053 情，故D错误。 (4)太阳能是一种清洁能源，节能环保 12.B解析：由图可知电磁波发射通过的总时间为4×10-4s,则 2.(1)内(2)三个房屋与白炽灯的距离不同，光照强度不同 单程的时间为2X10s,被监视目标与雷达的距离s=t= (3)泡沫(4)太阳能(5)20(6)可再生做功小 3×108m/s×2×10-4s=6×104m。 (7)2.52×1077005(8)24.2 13.(1)红外线（2)半导体(3)电磁 (9)节能情况：能省电，在房屋顶安装太阳能电池板，电池板的 第2一3节广播、电视和移动通信 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 卫星通信和光纤通信 解析：(1)比较房屋材料的隔热性能，要把传感器分别放在房屋 1.C2.B3.声音图像扬声器显示器 模型内部相同位置；(2)比较房屋材料的隔热性能，要保持光源 4.C5.A6.C7.A7.D9.B 到三个房屋的距离和光照强度相同；(3)从图乙可知，在光照强 10.(1)电磁波3×10(2)B 度和光照时间相同时，泡沫材料房屋内温度上升的最少，故应 (3)如图所示(4)0.482 选择泡沫做房屋的隔热材料；(4)电池板朝南光照时间和强度 都更理想，更有利于获得太阳能；(5)需要的电池板的面积至少 16kW·h 为S0.8kW,h/m=20m,(6)压缩机通过微功的方式，改 变工作介质的内能，高温高压的气体通过冷凝管后液化，放出 热量，温度降低内能变小；(7)200kg水从20℃升高到50℃吸 收的热量Qa=cm(t-t)=4.2×10J/(kg·℃)×200kg× 解析：(3)由题意可知，分别连接a和I、I和Ⅱ、Ⅱ和b,作出 (50℃-20℃)=2.52×10J,期间消耗的电能△W=W1一W。 ∠aIⅡ和∠IⅡb的角平分线即为法线的位置，然后分别过 =933.6kw.h-932.2kw.h=1.4kW.h=5.04×10°J,消 I、Ⅱ作出法线对应的垂线即为平面镜的位置，微波从日点发 出然后到达b点；(4)a处发送的微波信号传送到b处时微波 耗的电功率P=△W-5,04X10】=700W,该室气热水器的D t2×3600s 通过的路程s=3.58×104km×2+7.30×10°km=1.446× 值为D=Q=2.52×10J 105km,微波传播的速度等于光速，即v=3.0×105km/s,由 Aw-.04X10于5；(8)循环作80min消耗的电能 0=可得，a处发送的微波信号传送到b处所用的时间 W商装=Pt=700W×80×60s=3.36×10J,太阳能提供的能 量为W太m能=DW请耗=5X3.36×105J=1.68×10?J,加热电阻 4=三=：46X10k0=0.482s v3.0X105 km/s 提供的能量W电a=Qa一W太阳能=2.52×10'J一1.68×10J= 第二十一章复习课 0.84X102J,电阻消耗的能量w'=W。=0.84×10」 87.5% 思维导图 9.6X10,电阻的电功率B=W'=9:6X10】=2000W, t 80×60s 电流不需要能3×108c=f波长m频率Hz 电阻的假准R-层-号80-2头.20：(9)节能特元：能有 波速m/s波长频率电磁波谱信息声电电磁波 电，在房屋顶安装太阳能电池板，电池板的面积设计合理可以 声音是大激光线芯包层反射中继站3微波 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 重难易错精练 的消耗。 1.D2.A3.3×1055004.A5.B6.D 7.(1)受24静止3(2)仍然(3)0.48 第二十二章复习课 第二十二章能源与可持续发展 思维导图 第1一2节能源利用的现状和面临 柴薪煤炭石油一次二次可再生不可再生 原子核能核裂变核聚变可以裂变核反应堆内能 的挑战新能源的发展 电聚变光热内电生物质清洁方向性 1.C2.A3.A4.可控裂内机械方向 重难易错精练 5.A6.D7.B8.可再生1×1021.05×10 9.(1)使分散的太阳光集中到集热器上，提高效率储热器 1.④①⑩⑤⑥⑧⑨ (2)内能→机械能→电能 2.A3.负正中子氢弹电 (3)能源持久、无污染效率低、功率不稳定、受天气影响大 4.核裂变不可再1×10 10.(1)可再生(2)机械电磁感应 5.C6.电1.1×103.3×1057.A (3)串1.8×10146×10 8.不可再生清洁无污染内方向性 40