22.3 跨学科实践 为节约能源设计方案-【鹰击长空】2025-2026学年新教材九年级全一册物理课堂小结（人教版）

第3节 跨学科实践： 知识梳理ZHISHI SHULI 1.人们是在能量的 或 的 过程中利用能量的，由于在能量的使用过程 是有 性 的，所以能量 的利用是有条件的，我们所能利用的能源是 有限的。因此，要注意节约能源。 2.我们生活中使用的能源主要有天然气、液化 石油气、电能、煤等，在这些能源中，其中， 属于一次能源， 属于 二次能源； 属于不可再生 能源。电能是我们经常使用的能源，现代社 会离不开电能，是因为电能 3.太阳能属于 (选填“不可再生能 源”或“可再生能源”)。目前直接利用太阳能 的方式主要有两种：一种是用 把 水加热；另一种是用 把太阳能转 化为电能。 对点练习DUIDIAN LIANXI 知识点节约能源 1.为节约能源，某型号汽车在关闭发动机后，通 过小型发电机将减速运动时的部分动能转化 为电能储存在蓄电池中。表中是该型号汽车 的部分技术参数，其中储能效率是指汽车正 常行驶时，关闭发动机直至汽车停止的过程 中，通过发电机将动能转化为电能的效率。 耗油量是指汽车正常行驶100km消耗汽油 的体积。（p汽油=0.7X103kg/m3,9汽油= 4.6×10J/kg) 总质量/kg 1200 储能效率 50% 耗油量/儿L·(100km)-1] 9 (1)发电机是根据 原理发电的；发 153 第3节跨学科实践：为节约能源设计方案 为节约能源设计方案 电过程中，动能除了转化为电能外，由于 线圈有电阻，还有部分能量转化为 能；行驶过程中，给汽车提供 动力的是四冲程汽油机的 冲程。 (2)汽车轮胎表面有凹凸不平的花纹，从物理 角度看，这样做是为了 (3)该汽车油箱加满汽油时，汽油的深度为 40cm,则加满汽油时油箱底部受到汽油的 压强为 Pa。(g取10N/kg) (4)若汽车在平直路面上匀速直线行驶时的动 能E=4.6×10J。某时刻关闭发动机，同时 发电机开始工作，动能转化为电能，这部分 电能相当于 g汽油完全燃烧释放 的热量。 2.据公安部2024年7月8日发布的统计数据， 成都以超600万辆的汽车保有量位居全国第 一。小成家里新购置了一台新能源汽车，元 旦节全家自驾游玩。 16km·h/100km 免 -36km·h/100km 乙 (1)汽车在平直的公路上匀速行驶时，小成看到 仪表盘显示“16kW·h/100km”(如图甲所 示)。小成爸爸踩刹车减速，小成惊讶地发 现仪表盘显示“-36kW·h/100km”(如图 乙所示)。汽车的电耗为什么会显示为负 数？这是新能源汽车的动能回收功能，电动 机可以将车辆减速时的机械能转化为电能 并储存于蓄电池中。下列与新能源汽车有 关的说法，错误的是 (选填 字母)。 A.汽车充电时，电能转化为蓄电池的化 学能 物理九年级（全）第二十二章能源与可 B.“16kW·h/100km”说明汽车每行驶 100km消耗电能16kW·h C.汽车在加速和刹车过程中，电动机工作 情况相同 (2)小成家新能源汽车的电池容量是 66kW·h,他们利用直流快速充电桩以 恒定功率进行充电，将电池电量从22% 充至80%，用时30min,则快速充电时 的功率为 W。 (3)新能源车需要充电，我国每年发电量中大 部分来自火力发电，同样会排放二氧化碳 等温室气体。在二氧化碳排放方面，新能 源车和燃油车谁相对较为环保呢？跨学 科实践小组查询到，国家电网数据显示我 国由火力发电获取电能的二氧化碳排放 系数约为0.6kg/(kW·h),即每消耗 1kW·h电能相当于排放0.6kg的二氧 化碳。燃油车行驶时的二氧化碳排放系 数约为0.4kg/km,即每行驶1km相当于 排放0.4kg的二氧化碳。小成以自家新 能源汽车的电耗“16kW·h/100km”计 算，每行驶10km,新能源汽车相当于排放 kg的二氧化碳。因此，在二 氧化碳排放方面，新能源车与燃油车相对 较为环保的是 车。 3.在新能源汽车能量回收中，制动能量回收是 最常见的，它主要是回收车辆在制动或惯性 减速时释放出的多余能量并通过发电机将其 转化为电能，再转存至蓄电池中用于汽车的 动力行驶。 XX型汽车 总质量(kg) 1600 储能效率(%)】 60 耗油量(L/100km) 2 15 待续发展 某型号的新能源汽车是通过小型发电机将减 速运动时的部分动能转化为电能储存在蓄电 池中。表中所示是该型号汽车的部分技术参 数，其中储能效率是指汽车正常行驶时关闭 发动机，直至汽车停止的过程中，通过发电机 将动能转化为电能的效率。耗油量是指汽车 正常行驶100km消耗燃油的体积。测试中， 先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测 出开启和关闭发电机两种情况下，汽车通过 的路程s与对应的速度大小，计算出动能 Ek,作出Ek-s图像，如图所示。 ② 回答下列问题： (1)汽车正常行驶100km,消耗燃油的质量 为 kg,完全燃烧这些燃油产 生的热量为 J。(燃油的密度 p=0.7×103kg/m3,热值q=4.6× 107J/kg) (2)由Ek-s图像可知，表示开启发电机进行 测试的图线是 (选填“①”或 “②”)。 (3)测试时，汽车在大小为800N的牵引力作 用下，以20m/s的速度正常行驶 1000m。此过程中，汽车牵引力的功率 是 kW。 (4)若汽车正常行驶时的动能Ek0=4.5×10 J,某时刻关闭发动机，同时发电机开始工 作，最终有 J的动能转化为 内能。 4.某高校科研人员根据西藏地区太阳辐射强、 供暖周期长等特点，为藏区某县设计了太阳 能供暖蓄热系统。该系统由集热、蓄热和供 暖三部分组成，其基本工作过程如图1所示。 集热板白天接收太阳辐射时，其内部水温升 高，然后通过热交换器，使蓄水箱内水温升 高，再通过水泵将热水送入用户。集热板无 法供热时，蓄水箱与热交换器之间阀门关闭。 晴天时，集热板获得的内能不仅能满足县城 用户全天24小时的取暖需求，同时富余的内 能可储存在蓄水箱中，用以解决阴雨天集热 板无法供热的问题。 集热 蓄热 供暖 太阳能集热板热交换器 供暖管道「 蓄水箱 用户 图1太阳能供暖蓄热系统 图2太阳能集热板 外玻璃管 ----------------------- 内玻璃管 真空 (涂有黑色吸热材料) 图3双层玻璃吸热管 如图2所示，太阳能集热板中有许多玻璃吸热 管并列排布，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组 成。双层玻璃管之间是真空，真空不利于热量 的传递，如图3所示是双层玻璃吸热管的内部 结构，其与保温瓶的玻璃内胆相似，只是在玻璃 吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料，能 更有效地吸收太阳能 同学们用所学知识对该县太阳能供暖蓄热系 统某一天的数据进行了简单的分析，为便于 计算，工作过程和相关数值均做了简化处理， 155 第3节跨学科实践：为节约能源设计方案 如表所示。不计集热板到蓄水箱之间的管 道、热交换器的热损失。[水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)] 蓄水箱全天持续供 集热板每小 暖输出能量（含用 时、每平方米 集热板面积 户得到的内能、蓄 接收的太阳辐 水箱和供暖管道的 射能量 热损失) 3×10J 4×104m 1.74×101J (1)太阳光照射到集热板中黑色吸热材料上， 使管内的水变热，这是通过 的 方式改变内能。 (2)图3中，能否将黑色的吸热材料涂在外玻 璃管的表面上？请判断并说明理由： (3)若这一天光照时长为10h,集热板的光热 转化效率为60%，则集热板中的水获得的 内能是 J;这些内能，一方面通 过蓄水箱对用户全天持续供暖，另一方面 使得蓄水箱内水的温度最终升高了 10℃。请分析计算该蓄水箱中水的质量 至少是 kgo (4)假设该县城用户均采用地暖供热。根据 地暖供热标准，用户的进水温度不低于 40℃。若上述系统这一天持续供暖结束 后，蓄水箱水温为50℃，接下来为连续阴 雨天气，该蓄水箱储存的内能是否还能为 县城用户按标准持续供暖3天？请判断 并说明理由： 5.根据材料回答问题。 石墨烯—改变世界的神奇新材料 石墨烯(Graphene)是碳的同素异形体， 堆叠在一起的石墨烯层（大于10层）即形成 石墨，层间通过分子间的作用力保持在一起， 物理九年级（全）第二十二章能源与可 晶面间距0.335纳米。石墨烯具有优异的光 学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能 源、生物医学和药物传递等方面具有重要的 应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。 最常见的石墨烯取暖壁画就是石墨烯的 应用，其原理很简单，将近乎透明的石墨烯发 热膜加入其中，通电后能使壁画表面温度快 速达到90℃，使所在空间迅速温暖起来，且 加热无死角。具有使用寿命长、保温持久等 优势并且安全系数高，具有独特防爆免烫和 温控保护装置（温度达到设定温度可自动切 断电源或保温)。 (1)从材料的导电性能说，这种石墨烯属于 (2)石墨烯取暖壁画在工作的过程中，将电能 转化为 0 (3)石墨烯取暖壁画中的温控保护装置，在电 路中的作用相当于电路中的一个 (4)石墨烯取暖壁画相比传统采暖方式更节 能、环保，除此之外，请在文中再找出一个 它的优势： 课后作业KEHOU ZUOYE 阅读下文，回答问题： 空气能热水器 我们把温度较高的物体具有的能量称为 内能，空气能热水器（图甲）是吸收空气的内 能来制造热水的装置，其耗能约为电热水器 的四分之一。空气能属于可再生的新能源， 拥有先天的节能环保的优势。 156 待续发展 压缩机 空气 ↓储水箱 →出水 蒸发器 冷凝器 吸热 进水 制冷剂 毛细管 乙 图乙是空气能热水器的工作原理示意图，它 主要由储水箱、毛细管、蒸发器、压缩机、冷凝 器等部件组成，制冷剂在毛细管、蒸发器、压 缩机、冷凝器之间的循环过程与我们所熟悉 的电冰箱的制冷循环过程相同，其工作过程 如下： A.液态制冷剂经过一段很细的毛细管缓慢地进 入蒸发器，在蒸发器迅速① ,并从 空气中吸收热能； B.制冷剂经过蒸发器生成的蒸气被压缩机压 缩后变成高温高压的蒸气进人冷凝器； C.在冷凝器中，高温高压的蒸气将内能传递 给冷水后蒸气发生② 。 制冷 剂依此不断循环流动，使水的温度不断 上升。 请你根据上述材料，回答下列问题： (1)给短文中的①、②两处补写上适当的物态 变化。 (2)在循环过程中，制冷剂流经部件 (选填字母)时从空气中吸收 热量。 A.毛细管 B.冷凝器 C.压缩机 D.蒸发器 (3)在循环过程中，高温高压的蒸气在冷凝器 中通过 方法使气体液化。 (4)制冷剂在工作循环过程中，将 中的内能不断地“搬运”至 中。 第 (5)由空气能热水器的工作原理，管中的“制 冷剂”应具有沸点较 (选填 “高”或“低”)的物理性质。 能力提升vase6奇 主题四：能的交响—跨学科中的物理 电能，现代生活的无形力量，贯穿于各个学科 领域，让我们揭开它在跨学科应用中的神秘 面纱吧。 (1)冬天，小明的外婆总是手冷，他想为外婆 做一个“暖宝宝”。 【驱动任务】制作一个暖宝宝。 【方案设计】小明选择了5节串联的镍氢 电池（每节电池充满电时电压为1.2V, 一个电阻、开关和导线等材料，并绘制了 电路图，如图甲所示。 ①小明了解到，为了使暖宝宝发热温度适 宜，应控制发热功率不高于12W,他应选 用最小阻值R= 的电阻。 ②小明希望暖宝宝通电后，能较快变热， 他选择水作为介质，你认为可行吗？请说 明理由： ③小明了解到，某款暖宝宝的广告词中提 到“使用天然鹅绒代替塑胶，保暖性能提 升6倍”。请推测，导热性能更好的是 (选填“天鹅绒”或“塑胶”)。 ④暖宝宝刚通电时，温度没有明显的变 化，外婆以为暖宝宝坏了。但过了一段时 间，暖宝宝温度有明显升高。为了让电路 接通后能立即判断暖宝宝是否正常工作， 请在以上电路中增加一个电学元件： 157 3节跨学科实践：为节约能源设计方案 ⑤外婆觉得暖宝宝温度偏低，请你对产品 的电路设计提出改进建议： (2)小明家预购置一部新能源汽车。他了解 到，某品牌汽车将搭载先进的“刀2”技术， 有望帮助纯电车型的续航顺利突破 1000km。于是小明查阅了关于第二代 刀片电池的相关信息： “刀片电池是一种新型的磷酸铁锂电 池，第二代刀片电池在技术上进行了多项 优化和升级。采用了新型风液混合均温 散热系统，以更好地控制电池包的温度， 降低发热概率。能量密度从第一代的 140W·h/kg增至第二代的 190W·h/kg,提升幅度高达35%，这一 提升有望显著提高纯电动车的续航 水平…” 什么是电池能量密度？它的提升对汽车 续航有多大影响？小明展开了项目式 学习。 【项目任务】提高电池能量密度对续航的 影响。 【子任务一】了解电池能量密度。 “电池能量密度是衡量电池性能的一个重 要指标，指电池充满电时储存的电能与其 质量的比值。高质量能量密度的电池在 相同重量下能提供更多的电能。 不同类型的电池具有不同的能量密度。 电池能量密度还受到其材料体系的影响。 此外，材料压实密度、碳含量和活性物质 百分比、电解液、电池制造工艺、温度和压 力等环境因素，都会影响电池能量密度。” ①阅读上文，写出电池能量密度的文字表 达式： ②小明联想到，寒假时，家里的电动汽车 物理九年级（全）第二十二章 能源与可持 在北方老家时的续航里程比在深圳时低， 请你据此提出一个影响电池能量密度大 小的猜想： 【子任务二】比较电池的能量密度。 小明发现他的遥控车有两种不同的充电 电池：镍氢电池（充满电时电压为1.2V) 和锂离子电池（充满电时电压为3.7V), 他设计了以下方案比较两者的能量密度： ③将两种电池充满电，分别与相同规格的 小灯泡、开关、导线连接，如图乙示。 ④用秒表记录小灯泡工作的时间t。 ⑤根据W=UIt可知，小灯泡工作的时间 t与消耗的电能W成正比，求出时间t和 电池质量m之比，即可比较几种电池 密度。 ⑥小明有额定电压为2.5V和3.8V这 两个规格的小灯泡，他应选择 V的小灯泡做实验 ⑦请你写出小明的实验方案存在的不合 理之处： 小红在此基础上，添加了电压表和电流 表。实验中收集到的数据如下： 电池 电压表 电流表 灯泡工 电池总 种类 示数 示数 作时间 质量 锂离子 3.7V 0.3A 200 min 38g 电池 镍氢 2.4V 0.24A 500 min 50g 电池 通过计算，能量密度较大的是 158 续发展 【子任务三】电池能量密度的提升对续航 的影响。 ⑧小明查阅到一款电车的相关参数如下 表，还了解到汽车在行驶时，除了受到地 面的摩擦力，还会受空气阻力，该款汽车 在常温常压下，在车速大于5m/s时，空气 阻力的大小与汽车行驶速度的平方成正 比，如图丙所示。请结合以上信息，计算 在满电状态下，该汽车用第二代刀片电池 比起第一代刀片电池，在水平沥青道路（摩 擦力约为总重力的0.015)上，以最高时速匀 速行驶，理论上最多能增加续航 km。(结果保留一位小数，不计 零件之间的摩擦) 总质量 1.5t 电池能量密度 140W·h/kg 电池质量 300kg 最高续航 600km 最大功率 160kW 最大时速 160 km/h ↑FN 34.3 30v1m·s-) 丙 ⑨实际上，汽车在满电状态下，也达不到 预期续航公里数。请你提出一条除了提 高电池能量密度以外的提升续航的策略：15.如图所示 对点练习 1.(1)不偏转(2)不偏转(3)电流(4)切割磁感线的 电源 导体ab机械 电源 2.D 3.电磁感应发电机 M 课后作业 第4节 电动机 1.A2.C3.B4.B5.B6.C7.ADC 8.东西9.电磁感应机械变化 知识梳理 能力提升 1.(1)力(2)电流的方向磁感线的方向 (3)电流 1.会变化不会 方向磁感线的方向相反(4)一个角度不能 2.(1)B(2)17.6W 2.（1)转子定子(2)通电线圈在磁场中因受力而发生 转动（3)平衡位置 专题十三种电磁现象的辨析 对点练习 1.A2.D3.A4.A5.C6.AD 1.B2.受力 电机械 7.发电机A 3.D 8.(1)通电线圈在磁场中受到力的作用反向旋转 4.通电导线在磁场中受力的作用 (2)不同意灵敏电流计 课后作业 章末复习 1.A2.D 知识构建导图 3.电源的正、负极接反了增大电源电压 (1)最强(2)同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引 4.斥磁场纸外 (3)N极(4)条形(5)奥斯特(6)磁场(7)电流 5.(1)通电导线在磁场中受力的作用(2)电能转化为机 (8)条形(9)电流(10)电流的方向和磁场的方向 械能(3)当线圈转到平衡位置时及时改变线圈中电 (11)法拉第(12)切割磁感线运动(13)磁场的方向 流的方向，使得线圈持续转动 和导体运动的方向(14)电磁感应 能力提升 拓展练习 (1)①吸引②排斥(2)丙、丁(3)B 1.C2.B 第5节跨学科实践：制作简易直流电动机 3.甲通电线圈在磁场中受力而转动 知识梳理 考题聚焦体验 1.线圈磁体转子定子 1.B 2.通电线圈在磁场中受力而转动平衡位置 2.如图所示 电流电机械 3.N、S极（南、北极）电流方向电压 对点练习 1.(1)通电线圈在磁场中受到力的作用而转动 电机械(2)不变(3)半周(4)亮变大 2.(1)通电线圈电流方向不同90 (2)换向器刚转过(3)①摩擦力较大（或受力平衡） 3.C 3.(1)切断线圈中的电流(2)增大电路中的电流（或换 4.(1)条形右(2)对调电源的正、负极 用较强的磁场) 5.变大不变 4.(1)B(2)乙惯性不在同一直线上线圈 6.C7.A 5.(1)持续转动(2)①将线圈拨转一定角度 8.动圈式话简增强 ②增大电源电压(3)①只改变电流方向 ②只改变 9.(1)蹄形磁体灵敏电流计(2)②③ 磁场方向(4)改变电路中的电流大小 第二十一章 电磁波及其应用 6.(1)电流方向电流(2)C(3)切割磁感线内 课后作业 第1节 电磁波的海洋 (1)磁化N(2)改变 知识梳理 能力提升 (1)迅速变化(2)不需要可以3X108 【项目实施】(1)电动机的线圈处于平衡位置时，受平衡 对点练习 力的作用(2)全部刮去换向器(3)滑动变阻器 1.B 【展示交流】通电线圈在磁场中受到力的作用 电能转 2.电磁波 增大增大 化为机械能 课后作业 第6节磁生电 1.D2.D3.A4.A5.B6.C 知识梳理 7.电磁波压缩 1.(1)蹄形磁体 电流表(2)闭合 一部分 切割磁 8.电磁波< 感线 9.不需要金属容器 2.电流感应电流 10.变大变小 3.(1)电磁感应(2)转子定子(3)交变50Hz 11.1,01,0,10,00(他和我是同学)（答案不唯一，合 (4)机械电 理即可) 59 12.解1)该声波的频率f=只-39=42.5H, 8.二次聚变 8 m 9.不可再生热传递内机械 1 (2)该声波的周期T= 1 =42.5从A到B需要 10.电磁波聚变 11.不可再生能源 的时间t=1.5T 1.5×1≈0.035s。 12.不可再生核裂变热机 42.5Hz 13.(1)不可再生(2)机械发电机 能力提升 14.(1)电(2)内(3)裂 (1)0.12(2)1.134×105(3)BD 15.(1)可再生（2)电(3)碳纤维 第2、3节广播、电视和移动通信 第3节跨学科实践：为节约能源设计方案 卫星通信和光纤通信 知识梳理 知识梳理 1.转化转移方向不可逆 1.(1)广播电台(2)电磁波 2.煤、天然气液化石油气、电能 天然气、液化石油气、 2.(1)图像声音(2)电视台 (3)接收天线 煤便于输送和转化 3.微波3颗4.反射 对点练习 3.可再生能源集热器太阳能电池 1.C2.BD能3.B4.电磁半导体 对点练习 1.(1)电磁感应内做功(2)增大摩擦力 课后作业 (3)2.8×103(4)5 1.C2.D3.C4.B5.C6.B 7.电磁波地球同步8.电磁波3×108射频 2.(1)C(2)76560(3)0.96新能源 能力提升 3.(1)1.46.44×10(2)① (1)受24静止3(2)仍然(3)0.48 (3)16(4)1.8×105 4.(1)热传递(2)不能，因为玻璃是热的不良导体，集热 章末复习 管中又有真空层，不利于将热量传递给管内的水 知识构建导图 (3)7.2×1011.3×10(4)能，理由：水箱中水降低 (1)电流的迅速变化(2)3×108m/s(3)将音频电 温度可以放出的热量Q=cm41=4.2X103J/(kg·℃)× 信号加载到高频电流上的装置(4)从天线接收到的 1.3×102kg×(50℃一40℃)=5.46×101J,可以供暖 各种电磁波中选出需要的特定频率(5)卫星 5.46×1011J (6)激光 的天数n= 1.74×1011J/天 ≈3.1天，能满足3天的 拓展练习 要求 1.C2.C3.B 5.(1)导体(2)内能 (3)开关(4)可以使所在空间迅 考题聚焦体验 速温暖起来 1.C2.A3.D 课后作业 4.液化电磁波 (1)①汽化②液化(2)D(3)降低温度 5.(1)UVC(2)普通玻璃石英玻璃 (4)空气水(5)低 6.A 能力提升 7.回声定位电磁波 (1)①3 ②不可行，水的比热容大，温度升高得较慢 8.增加电磁 ③塑胶④小灯泡⑤并联一个发热电阻(2)①能 9.电磁波3×108 量密度=电池充满电时储存的电能/电池质量②温 10.电磁波减少地球（地面） 度会影响电池的能量密度，同一电池，温度越低，电池 第二十二章能源与可持续发展 能量密度越小⑥3.8⑦小灯泡不能正常工作，小灯 泡两端的电压与通过的电流的乘积不相同锂离子电 第1、2节能源利用的现状和面临的挑战 池⑧179.8⑨适当减少汽车载重 新能源的发展 章末复习 知识梳理 知识构建导图 1.(1)煤石油天然气(2)直接(3)直接 (1)一次能源和二次能源(2)核裂变(3)核聚变 一次能源 (4)核聚变(5)太阳能集热器和太阳能电池(6)方 2.(1)方向性(2)空气污染(3)不能 化石核 向性(7)可再生能源和不可再生能源 (4)可以源源不断风水太阳 拓展练习 3.(1)较大较小(2)①质量②核电站 原子弹 1.D2.A3.D4.C5.B (3)①很小超高温②氢弹 考题聚焦体验 4.(1)氢核聚变(2)加热电能 1.A 对点练习 2.不可再生3.煤 1.D2.B3.一次4.A 4.用电器可再生5.一次不可再生 5.聚变不可再生 6.C7.C8.A9.A10.B 6.(1)链式核裂变原子(2)核聚变氢 11.裂变 7.A 12.太阳超导 8.太阳能核裂变 13.核聚变汽化 课后作业 14.A15.D16.D17.A18.D 1.A2.D3.B4.C5.D6.C7.B 60