22.3 跨学科实践：为节约能源设计方案-【绿卡初中创新题】2025-2026学年九年级下册物理讲解课件(人教版·新教材)河北专版

第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案 九年级 初中物理 第二十二章 能源与可持续发展 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人手，制订出一个优化家庭能源使用的具体方案。 3 制订优化自己家庭能源使用的具体方案，首先应该了解家庭使用能源的具体情况，然后有针对性地提出优化方案，分析它的有效性和可行性，并与他人交流讨论，对方案进行改进。 项目分析 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。表1是某同学以自己的家庭为例，列出的能源使用的主要情况。你可以参照此表，也可以根据自己的想法设计表格，统计自己家中能源的使用情况，并在表格中填写相应信息。 项目实施 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，现在家庭中的采暖、制冷、生活热水、交通等，都可能是家庭消费能源的主要方面。 2.选取优化对象与确定改进方法 根据上面的调查结果，结合以下问题，思考如何选取优化对象，确定改进方法。 （1）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。 （2）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（如图），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? （3）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车，那么从是否节约能源的角度，应该收集哪些证据？怎么分析？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? 3.制订与检验设计方案 方案一：为房屋加装保温层。 有一组同学在调查各自家中能源的使用情况后，认为除了可以在夏季制冷时适当调高空调温度、冬季采暖时调低暖气温度来节约能源，还可以对房屋进行改造来节约能源。这组同学制订方案的过程如下所示。 （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？小组内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。 （2）选取材料。日常生活中的许多材料都可以用来保温，材料的保温性能与哪些因素有关？当为房屋选择保温材料时，还需要从哪些方面考虑?查阅资料得知，材料的保温性能通常与它的厚度、热导率、干燥程度、与外界的接触面积，以及外界温度等有关。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。 表2列出了一些常见材料在室温和干燥环境下的热导率，也可以通过查找资料获得其他材料或不同条件下的热导率。 在为房屋选择保温材料时，除了材料的热导率，还要从材料的环保性、价格、耐火性，以及是否容易安装等方面进行评估（表3）。如果你还有其他想法，可以补充到表3中，然后从中选出一两种材料作进一步的比较分析。 （3）确定方案。在选定了保温材料后，先在小组讨论设计方案。例如，在房间的哪些部位安装保温材料？保温材料的规格、尺寸应满足什么要求？门窗应该怎样进行保温处理？··然后围绕这些问题制订具体的设计方案（表4）。 （4）制作模型与测试。在真正实施设计方案前，需要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，并提出优化建议。小组内进行讨论：如何在测试中简单有效地模拟我们的家？给“家”安装哪些保温材料？怎样检验保温效果？ 为了方便起见，可以选择身边容易获取、安装，与实际保温材料热导率相近的材料，将它安装在“家”中的相应部位。为了检验保温效果，可以将相同质量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并进行比较，通过比较冰块质量的变化来评估设计的保温效果。 方案二：为家庭用车提供建议。 另一组同学认为自已家中的燃油汽车消耗的能源较多，而且排放的尾气还污染环境。为此，他们想要调查新能源汽车能否替代自已家中的燃油汽车，以减少能源消耗，并对环境更加有益。 他们准备按照以下思路开展调查和论证，提出相应的建议，并形成报告。 （1）目前都有哪些种类的新能源汽车？与传统燃油汽车相比，新能源汽车是否更加节能和环保？例如，从某种新能源汽车中选出有代表性的分析对象，与燃油汽车对比分析能耗情况。在这个过程中，既要考虑两种汽车直接消耗的能源，也要考虑汽油、电力等在生产过程中的转化效率，以及两种汽车在生产中所消耗的能源，等等。 （2）与传统燃油汽车相比，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？例如，纯电动汽车充电时间相对较长，温度对电池电量的影响较大，需要了解家中成员一般每天用车行驶的路程，所在地区的气候以及充电桩的分布情况，等等。推断当前纯电动汽车能否满足大部分需求，或是能够满足哪些地域、场景的需求。 （3）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？例如，我国的石油高度依赖进口。从能源安全的角度看，使用新能源汽车的意义是什么？ 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 课堂小结 为节约能源设计方案 项目实施 项目提出 项目分析 展示交流 在分析新能源汽车替代传统燃油车的节能效果时，需重点收集以下哪组数据（ ） ① 新能源汽车百公里电耗② 燃油车年均行驶里程③ 家庭用电峰谷电价差异④ 当地电网清洁能源占比 A. 仅①② B. 仅①③ C. ①②④ D. ①②③④ 随堂练习 解析： ​​在分析新能源汽车替代传统燃油车的节能效果时，需重点收集以下数据： ​新能源汽车百公里电耗（①）​：直接反映新能源汽车的能源效率 ​燃油车年均行驶里程（②）​：结合百公里油耗，可计算燃油车的总能耗，用于与新能源汽车对比。 ​当地电网清洁能源占比（④）​：电力来源的清洁程度影响新能源汽车的实际节能效果，需纳入分析。 不必要的数据：家庭用电峰谷电价差异（③）​：主要影响充电成本，与能源消耗总量或节能效果的关联性较弱，属于次要因素。 综上，需重点收集的数据为①②④，对应选项C。 $