22.3 跨学科实践：为节约能源设计方案 课件-2025-2026学年人教版物理九年级全一册

该初中物理课件围绕“能源与可持续发展”，以跨学科实践为主线，从生活中能源浪费现象切入，引导学生通过家庭能源调查、方案设计、检验改进等步骤形成节能方案，提供表格记录、模型制作、数据对比等学习支架，帮助构建知识脉络。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，如保温层材料通过热导率、环保性等多维度评估培养科学论证能力，新能源汽车能耗对比强化能量观念与社会责任。学生通过实践提升解决实际问题能力，教师可借助达标检测和展示交流高效教学。

跨学科实践：为节约能源设计方案 九年级全册第二十章第3节 与 源 能 可 持 续 发 展 项目提出 人们在生产生活中都会使用各种能源。你在生活中都遇到过哪些浪费能源、污染环境的问题？想为节能和环保作出贡献，可以先从优化自己家中能源的使用入手，制订出一个优化家庭能源使用的具体方案。 白天开着灯 能源使用对环境的污染 项目分析 项目实施 1.调查家中能源的使用情况 调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。 能源用途 采暖 做饭 生活用水 制冷 其他电器 交通 能源名称 天然气 电 汽油 能源类型 不可再生能源 约70%来自不可再生能源 约30%来自可再生能源 不可再生能源 消耗量（年） 200 m3 1000 kW·h 500 L 能源浪费现象 取暖温度过高 电器长时间待机 空调制冷温度太低 热水器反复加热 …… 过度依赖私家车 项目实施 1.调查家中能源的使用情况 根据调查情况，可以了解家庭在一段时间内消耗能源的情况，估算每种用途的能源消耗量，确定哪些用途的能源消耗比较多。 例如： 南方家庭夏天制冷对电能的消耗量 北方家庭冬天取暖对天然气或煤炭的消耗量 生活热水对电能和天然气的消耗量 交通工具对汽油或电能的消耗量 项目实施 2.选取优化对象与确定改进方法 根据实际的调查结果，思考家中在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。 取暖 制冷 交通 项目实施 2.选取优化对象与确定改进方法 优化能源使用的方法不止一种： 在家中使用太阳能等新能源； 利用技术手段来提高现有能源的使用效率； 优化家庭用车等行为来节约能源、减少浪费； …… 住宅加装太阳能电池板 换用能效更高的电器 乘坐公共交通用工具 换用新能源汽车 项目实施 2.选取优化对象与确定改进方法 在确定节能方法时，需要从哪些角度分析？ 优化的方面 优化方法 使用新能源 提高能源使用效率 优化使用行为 采暖 安装太阳能采暖系统 加装保温层 调低温度设定 制冷 屋顶安装太阳能电池板 换高能效空调，贴隔热膜及安遮阳帘 调高温度设定，减小空调开启时间 交通 更换新能源车 使用排量小的汽车 使用涡轮增压技术 乘坐公交车、骑自行车 项目实施 2.选取优化对象与确定改进方法 应该收集哪些证据？怎么分析？ 优化办法 分析角度 是否节约能源 是否满足使用需求 其他 加装 保温层 利用保温材料 制作小屋模型 进行测试 统计家庭成员 对屋内温度的 满意度 对比不同保温材料的价格、环保性和耐火性 更换 新能源车 调查燃油车能耗值与新能源车能耗值 续航里程是否满足家庭日均里程；充电是否方便、快捷 调查新能源 车与燃油车的价格 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （1）明确思路。根据学过的知识可知，热量能自发地从高温物体传递到低温物体，因此我们要想保持房间的温度不变，就要尽可能减少房间与外界的热传递。怎样才能做到这一点？有同学认为可以参考人们冬天穿羽绒服来保暖的方法，选择保温能力比较强的材料将房间“包裹”起来，以此减少房屋内部与外界的热量交换。 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （2）材料选取。通常，材料厚度越大、热导率越小、与外界的接触面积越小，材料就越能减缓热量散失。 岩棉板 聚乙烯泡沫板 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （2）材料选取。 表22.3-2 一些常见材料的热导率 材料 热导率/[W·(m·℃)-1] 材料 热导率/[W·(m·℃)-1] 铝 236 棉花 约0.05 玻璃 约0.8 岩棉 约0.04 锯木屑 约0.08 空气 约0.03 聚苯乙烯泡沫板 约0.032 铝箔橡塑棉 约0.034 挤塑聚苯乙烯板 约0.028 发泡聚氨酯 约0.02 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （2）材料选取。在为房屋选择保温材料时，除了材料的热导率，还要从哪些方面进行评估。 表22.3-3 对不同材料的评估 材料 热导率/[W·(m·℃)-1] 环保性 价格 耐火性 易安装程度 铝箔橡塑棉 约0.034 聚苯乙烯泡沫板 约0.032 挤塑聚苯乙烯板 约0.028 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （2）材料选取——环保性 橡塑材料本身无毒，铝箔层在常温下也不会释放有害物质。 常温下无毒，接触明火或高温（如80℃以上）会释放苯乙烯等有毒气体。 常温下稳定无毒，300℃以上分解产生苯系物、一氧化碳等有害气体。 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （2）材料选取——耐火性 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （2）材料选取——易安装程度 要使用专用胶水粘合 易切割，硬度偏软，安装容易 密度更小、硬度 更高、易安装 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （2）材料选取——评估结果 表22.3-3 对不同材料的评估 材料 热导率/[W·(m·℃)-1] 环保性 价格 耐火性 易安装程度 铝箔橡塑棉 约0.034 聚苯乙烯泡沫板 约0.032 挤塑聚苯乙烯板 约0.028 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （3）确定方案。在选定了保温材料后，先在小组内讨论设计方案。 安装位置 安装尺寸 所需材料 处理方式 备注 外墙1 外墙2 窗户1 窗户2 入户门 …… 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （4）制作模型与测试 组件 模拟方案 科学依据 墙体 30cm×30cm×30cm纸箱(2个，方便比较) 易获取、可安装保温层 门窗 纸箱开孔(5cm×5cm) 模拟真实房屋热交换薄弱点 屋顶 可开合纸板盖 便于放入冰袋及温度测量 …… 在工程技术中，方案最终实施前，通常需要制作简易模型来评估设计的可行性，以达到节约成本、保证质量的目的。 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （4）制作模型与测试 安装保温材料 项目实施 3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层 （4）制作模型与测试 将质量相等的冰块装在塑料袋中，分别放入没有保温材料和装有所选保温材料的“家”中；将“家”放置在相同的环境下，经过相同的时间后将冰块取出，比较冰块质量的变化。 检验保温效果 结果：安装保温材料可以对“家”起到保温效果，减少热量散失，从而节约能源。 项目实施 3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议 （1）目前都有哪些种类的新能源汽车? 新能源汽车种类 工作原理 纯电动汽车（BEV） 由可充电电池提供全部驱动能量，电机直驱，无内燃机，零尾气排放。 插电式混合动力汽车（PHEV） 可外接充电，电池容量更大，纯电续航 50-200km，支持纯电、混动、发动机直驱等多模式切换。 增程式电动汽车（REEV） 电机是唯一驱动单元，“增程器”（小排量内燃机）仅在电池亏电时发电，不参与驱动。 燃料电池汽车（FCEV） 以氢气为燃料，通过燃料电池堆的电化学反应产生电能驱动电机，排放物仅为水。 项目实施 3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议 新能源汽车一般使用电能、氢能等，燃油汽车使用汽油、柴油。根据前面学过的知识，想想如何比较两类汽车的能耗。 指标 某纯电动汽车 某燃油汽车 对比结果 百公里 能耗 14.5 kW·h (城市) 18 kW·h (高速) 7.5L汽油(约50元) 电费成本低80% 碳排放 (行驶15万公里) 约30吨 约43吨 纯电动 减排30% 关键影响因素 电力来源(煤电 vs 风电)、空调能效 发动机热效率(约40%) 电网越清洁，纯电动优势越大 项目实施 3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议 （2）与燃油汽车相比，新能源汽车是否满足人们的日常使用需要？还有哪些局限性？还需要如何改进？ 场景 核心问题 用户影响 推荐地区 低温 环境 ﹣20℃时磷酸铁锂电池续航衰减30%~50%，充电时间延长1倍 东北车主冬季实际续航缩水至标称值50% 华南、华东沿海（年均温15~25℃），电网覆盖完善（如浙江、广东等）的地区。 高温 环境 38℃以上快充功率下降40%， 电芯温差超安全阈值 吐鲁番车主续航缩水35%，充电耗时增加72分钟 长途 高速 120 km/h时速+空调制冷，续航衰减25%~30%；充电桩覆盖不足 节假日高速服务区 排队充电超1小时 无家充条件 公共桩电价达0.6~1.8元/度， 成本优势大幅削弱 年行驶2万公里时，成本接近小排量燃油车 项目实施 3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议 （2）与燃油汽车相比，新能源汽车是否满足人们的日常使用需要？还有哪些局限性？还需要如何改进？ 项目实施 3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议 （2）除了节能和环保，还有没有其他因素促进新能源汽车的发展? 能源安全与资源短缺。我国的石油高度依赖进口，新能源汽车的发展能减少对石油等化石能源的依赖，缓解能源危机。 技术创新与产业升级。新能源汽车技术（如电池、电机、电控系统）的突破推动了产业链升级。例如，三元锂电池和磷酸铁锂电池的改进提升了续航能力，氢燃料电池则被视为未来方向。‌ 展示交流 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，需要与大家进行交流讨论，找出方案的不足和改进办法。交流的形式可以多种多样，既可以通过举办辩论会的方式进行，也可以通过制作展板、举办论坛的方式进行。 最后，归纳出一些具体的家庭能源使用的优化方法。请估算，如果你的家庭按照设计方案优化能源的使用，每年会节约多少能源？如果全国所有家庭都采取类似的节能措施，会节约多少能源？ 展示交流 归纳出一些具体的家庭能源使用的优化方法。 优化方向 措施 房屋保温 ①外墙/屋顶加装5 cm厚的聚苯板 ②门窗密封处理+双层玻璃 交通能源 燃油车→纯电动车（年行驶1.5万公里） 热水与用电 安装太阳能热水器+屋顶光伏（满足20%家庭用电） 行为优化 夏季空调调高1℃，冬季暖气调低2 ℃ 课堂小结 达标检测 1.请估算，如果你的家庭按照设计方案优化中的一项：“夏季空调调高1 ℃，冬季空调调低2 ℃。”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，会节约多少能源? 解析： 空调制冷时温度调高1 ℃ ，制热时温度调低2 ℃，均可省电10%以上。以家里一台功率为1.1 kW的空调，夏天和冬天共使用6个月，每天使用8 h计算，节约的电能约为： W = Pt =1.1 kW×10%×8 h×30×6 ≈160 kW·h。 全国拥有空调约7.5亿台，每年可节约电能 W总= nW=7.5×108×160 kW·h=1.2×1011 kW·h。 达标检测 2.近几年我国新能源汽车的普及率越来越高。关于能源与能量，下列说法正确的是（　　） A．新能源汽车的能量转换效率可达到100% B．面对能源危机，我们应合理开发新能源 C．能量的转化和转移是没有方向性的 D．新能源汽车对环境不会造成破坏 3.“双碳”目标持续推进能源结构的调整，下列关于能源的说法正确的是（　　） A．因为能量是守恒的，所以不必提高能源利用效率 B．核燃料是不可再生能源，应减少核能开发和利用 C．水能、太阳能、地热能、风能等都是清洁型能源 D．为促进电动汽车的全面覆盖，应大力扩建火力发电站 B C $