第22章 第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案-2025-2026学年九年级下册物理同步辅导（人教版）

第3 节 跨学科实践 【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。 【项目分析】 1.照明系统的节能优化：为了降低照明能耗，提升 照明质量。使用LED灯具，替换传统照明设 备。合理利用自然光源，减少人工照明需求。 2.空调系统节能优化：引入变频空调技术，安装 智能温控系统。 3.可再生能源的利用：减少化石能源消耗，因为 化石能源属于不可再生能源。增加太阳能 的使用比例，因为太阳能属于可再生能源。 4.水资源管理及再利用：减少水资源浪费，提高 水资源利用效率。 【项目实施】 任务一调查家庭使用能源的情况 1.小吉调查了自己家庭上月能源使用状况。请 你帮他完成下表： 名称 主要用途 使用量 单价 总价/元 家用电 0.525元/ 电能 265kW·h 139.125 器、照明 (kW·h) 天然气 烧饭做菜 53m3 2.94元/m 155.82 汽油 小汽车用油 47L 7.19元/L 337.93 太阳能 热水器 其中能源所需费用比较多的是汽油，是不 可再生能源。 任务二选取优化对象与确定改进方法 2.为了节约用电，小吉家新安装了一台容积为 0.5m3的太阳能热水器，加满水后，经过4h阳 光的照射，水温由原来的20℃升高到了56℃。 为节约能源设计方案 ]识梳理 则在这4h内水吸收了7.56×10J热量，若 这些热量由电能提供，至少耗电21kW·h。 与其他形式的能量相比，太阳能具有的优点是 无污染，节约能源。 任务三制订与检验设计方案 方案一给房屋加装保温层 3.物理兴趣小组的同学们从市场上选择了三种 常见的保温隔热材料进行研究，材料相关信 息如表所示。（注：传热系数越大，保温性能 越差) I号 Ⅱ号 Ⅲ号 项目 聚氨酯泡沫 聚苯乙烯泡沫 岩棉 传热系数 0.033 0.042 0.065 [W.(m2·K)l门 阻燃 防火性能 阻燃B1级 阻燃B1级 A级 吸水性% 0.8 0.2 ≤5 隔音性能 好 好 般 最高使用温度/℃ 75 65 600 小吉同学的姑姑家在陕北，姑姑打算给自建 房外墙安装保温材料，因为陕北冬季气温很 低且年降水量少，所以姑姑选择外墙保温材 料时应优先考虑热传系数，所以姑姑选择 表格中的I号保温材料比较合适。 方案二为家庭用车提供建议 4.新型油电混合动力汽车在启动或低速行驶时， 内燃机并不工作，动力电池通过驱动电机向车 轮输送能量；当踩刹车时，有部分能量通过驱 动电机反转为发电机向蓄电池充电，实质上 是机械能转化为电能，再转化为化学能； 当高速行驶或动力电池能量消耗过大时，内 燃机才开始工作，既可以向车轮提供动力，也 可以同时带动电机发电，给动力电池充电。 使用混合动力汽车的优点是节能环保（只 答一点)。假设一辆发动机效率为30%的燃 油汽车一年消耗汽油400L,改为油电混合动 1.保护环境，人人有责。如图22一3一1所示， 下面哪种现象更有利于对环境的保护( A.汽车排放尾气 B.养殖场排放污水 C.工厂释放烟雾 D.使用太阳能路灯 图22-3-1 2.能源科技的发展促进了人类文明的进步，下 列有关能源的说法错误的是( A.目前的核电站是靠原子核的裂变进行发 电的 B.水能、太阳能都是可再生能源 C.煤属于一次能源 D.能量转化是守恒的，所以能源是取之不尽、 用之不竭的 3.推动绿色发展，建设美丽家乡是我们共同 的追求。下列做法不利于实现这一目标的 是() A.积极植树造林，防沙降尘 B.大力推广使用一次性餐具 C.回收废旧电器，节约资源 D.农业上合理施用化学肥料 4.家中利用的能源主要有三个方面，一是家用 电器消耗 能，二是煮饭的燃气灶和 烧水的燃气热水器利用 ,三是汽车 和摩托车主要消耗汽油，要节约能源需要从 这三个方面人手。 5.夏季耗电最多，是因为空调属于大功率用电 器，且工作时间很长。房间不能长时间保持 恒定的温度，是因为房子的隔热性 (选填“好”或“差”)，节约能源从房屋的隔热 性入手，选择隔热性好的材料装修房屋的墙 力后将效率从30%提高到40%，每年可以节 省汽油100L。 基础过关 壁可以节约空调所用电能。 6.针对以下行为，其中属于节能行为的是 属于浪费资源行为的是 。 (填序号) ①家里的电器多数处在遥控待机状态 ②夏天把空调温度调得很低 ③家里能使用节能灯具的都使用了 ④随时关掉不用的灯，不开长明灯 7.针对日常生活中浪费电能的现象及用电习 惯，说出两种节约电能的方法： 8.太阳能热水器是把太阳能转化成内能的装 置。为有效利用太阳能，科学小组对“太阳能 的吸收与表面颜色之间的关系”进行了实验 研究：在黑色塑料袋和白色透明塑料袋内装 入相同质量的水，插入温度计后系好，放在阳 光下曝晒，每隔相同的时间，读出温度计的示 数。数据记录如下： 水的质 初温 温度 温度 温度 塑料袋 … 量m/kg t/℃ 4/℃ t2/℃ t3/℃ 黑色 1.0 15.0 22.3 27.8 31.5 白色 1.0 15.0 16.5 17.8 19.0 透明 (1)他们在实验中主要采用的科学研究方法 是 (2)由以上研究可知，太阳能热水器的集热管 表面颜色以 色为宜。 (3)由以上实验可以得出的结论是 (4)在一个晴天，小林的妹妹在院子里看见一 白一黑两个形状相同的陶罐，妹妹让小林 闭眼分辨出哪个陶罐是黑色的？请你帮 小林想出一个办法。 能 1.关于能源的利用和节约，下列说法正确的 是() A.根据能量的守恒定律，能源的利用率应该 是100% B.由于能量不会凭空消失，也不会凭空产生， 总是守恒的，所以节约能源意义不大 C.节约能源只要提高节能意识就行，与科技 进步无关 D.在能源的利用中，总会有一部分能量未被 利用而损失掉 2.未来的理想能源要能够大规模替代常规能 源，它必须满足以下哪几个条件() A.必须足够丰富，可以保证长期使用，必须 足够便宜，可以保证多数人用得起 B.相关的技术必须成熟，可以保证大规模的 使用 C.必须足够安全和清洁，可以保证不会严重 影响环境 D.以上三个条件必须都满足 3.为防止大气污染，某省开展“还我明日蓝天” 工程，其中最有效的措施是( A.养成良好的卫生习惯 B.减少工业烟尘和各种废气的排放 C.推广无污染能源 D.建造氧化塘和污水处理厂 4.从保护环境的角度考虑，我们应大力开发和 利用下列哪种能源( ) A.石油B.太阳能C.柴薪D.煤 5.(多选)节约能源、提高能源利用率就必须( A.提高节能意识 B.更新改造落后的技术设备 C.开发生产节能产品 D.依靠科学技术的进步 6.“能源危机”是当今世界各国共同面临的问 题，对此，以下措施目前可行的是( ) A.人人都要做到节约用水、节约用电，不浪 力提升 费能源 B.关闭全部现有的火力发电站 C.停止使用石油、煤炭资源，而以核能和太阳 能取代 D.各地都要兴建水力和风力发电站 7.2024年4月至10月，世界园艺博览会在成都 举行。本届世园会的主题为“公园城市、美好 人居”，秉持“绿色低碳、节约持续、共享包容” 的理念。下列说法不正确的是() A.园区内的输电线如果用超导材料制作，可 以降低由于输电线发热而引起的电能损耗 B.园区内使用新能源转运车，是因为新能源 汽车比燃油车的能量转化效率高 C.小吉从家里带的零食到园区时，零食的质 量不变 D.因为自然界中的能量是守恒的，所以我们 不需要节约能源 8.节约用水对可持续发展具有重要意义。下列 节水办法中不可行的是( A.开发节水技术 B.用淘米水浇花 C.减少每个人每天的饮用水 D.在农业生产中，推广喷灌技术 9.在冬季，智能家居利用智能温控系统，根据室 内温度与设定温度的差值，动态调节电热丝 的电流大小，这样不仅节能，还能使室内温度 总是保持在一个舒适的范围之内。请解释其 节能的原理。 10.每年3月2228日是“中国水周”，旨在唤 起公众的节水意识，加强水资源保护。 (1)请说出超采地下水的两条危害。 1.【家国情怀】“两弹一星”中的“两弹”是指核弹 (原子弹和氢弹的合称)和导弹，它们是我国 老一代科学家克服了艰难险阻取得的令中华 民族为之自豪的伟大成就。下列关于核能的 说法正确的是() A.氢弹利用核裂变释放出巨大的能量 B.核能属于可再生能源 C.用混凝土封存核反应堆是为了防止核泄漏 D.现有的核电站是利用核聚变来发电的 2.【科技前沿】阅读短文，回答问题。 “嫦娥五号”的成功发射引起了人们对月 球的科研兴趣。随着对月球了解的深入，一 些科学家预言：月球必将成为人类未来的能 源基地。按照一些科学家的设想，利用月球 正面太阳光充足、地域广阔的特点，在月球上 建设的大型太阳能电站，可克服在地球上受 天气影响、提供的功率小等缺点。在月球上 产生的电能经微波转换器将电流转换成微 波，并通过天线将电能以微波的形式向地面 发送，地面接收站通过天线把微波能还原成 电能，如图22一3一2甲所示，这样就解决了 电能的输送问题」 我国的“嫦娥”系列登月车利用太阳能电 池提供能量。如图22一3一2乙所示是太阳 (2)请谈谈你在日常生活中节水的做法。 (列举两条即可) 泰养发展 能电池板工作原理的示意图，当太阳光照射 到组成太阳能电池的叠在一起的两片不同的 半导体表面时，会产生光电效应。从而使电 路中产生电流。太阳光照射到电池板每平方 米面积上的辐射功率为1.5×104W,光电转 化效率为18%。 太阳能 收集板， 太阳光 月球太 11中 能电令 N型半导体 站 微波 P型半导体 传送 地球 甲 图22-3-2 (1)太阳能是 (选填“可再生”或“不可 再生”)能源。太阳发出的巨大能量来源于 太阳内部的氢原子核发生的 （选 填“核聚变”或“核裂变”)反应。 (2)登月车太阳能电池工作时的能量转化情 况：把太阳能转化为 能。 (3)在月球上一块接收面积为2m的太阳能 电池板，它的发电功率是 W。 (4)若月球电站的总发电功率为6×10°kW, 利用微波传输电能的输电效率为80%。 则地面接收站1h接收到的电能相当于 完全燃烧 kg煤放出的热量。 (煤的热值为3.0×10'J/kg)10.(1)LED灯发光时间（2)光电板的面积、 颜色相同时，光照时间越长，光电板吸收 太阳能越多(3)尽量将光电板表面积做 大（答案不唯一，合理即可）(4)光电板 吸收太阳能的多少与光照强度是否有关 (合理即可) 【素养发展】 1.D 2.(1)电(2)裂(3)内点拨：太阳能电池 通过光电转换装置，将太阳能转化为电能； 太阳能热水器通过光热转换设备，将太阳 能转化为内能；核电站的主要设备是核反 应堆，在核反应堆中利用可控的核裂变，为 人类获得核能。 第3节跨学科实践：为节约能源设计方案 【基础过关】 1.D点拨：汽车排放尾气、工厂释放烟雾会 造成大气污染，不利于环境保护；养殖场排 放污水，被排放的河流或水域会受到污染， 排放污水不利于环境保护；太阳能属于清 洁能源，使用太阳能有利于环境保护。 2.D 3.B点拨：植树造林，防沙降尘，利于环境保 护，故A正确，不符合题意；经常使用一次 性餐具会造成资源浪费，故B错误，符合题 意；回收废旧电器，节约金属资源，减少金属 污染，故C正确，不符合题意；农业上合理施 用化学肥料，合理使用农药可以减少水污 染，故D正确，不符合题意。故选B。 4.电天然气 5.差 6.③④①② 7.人走灯灭；夏天把空调温度设置高一些 8.(1)控制变量法(2)黑(3)相同条件下， 黑色物体吸收太阳能的效果好(4)用手 摸，温度高的是黑色陶罐。点拨：由表中 数据可知，两塑料袋中水的质量相同，但相 同时间内黑色塑料袋中水升高的温度高， 即吸收的热量多，可见，黑色物体吸收太阳 能的效果好。因此，太阳底下的黑色陶罐 比白色陶罐温度高。 【能力提升】 1.D点拨：能源的使用在任何情况下都不可 能达到理想状态，做到没有任何损失。虽 遵从能量守恒定律，但它指的是损失部分 和被利用部分总和与原来能源总量相等， 所以选项A错。根据能量转化的规律，能 量转化过程中，在遵循能量转化和守恒定 律的同时，能量的转化和转移还具有方向 性。在利用能源的过程中总会有一部分能 量转化成热散失在周围环境中，这些能量虽 然还在自然界中，但却无法转化为其他形式 的能，因而很难或无法再利用。所以，能量 经转化后，可利用的能，只可能减少，不可能 增加，因此节能的意义重大。同时，只有节 能意识是不够的，必须利用科技进步提高能 源利用率，不断开发新能源，以满足人类社 会可持续发展的需要。所以选项B、C错。 2.D 3.C 4.B 5.ABCD 6.A点拨：化石能源目前还是人类主要使用 的能源，故B、C错。水力和风力发电站受 很多因素的限制，在有的地区不能被广泛 使用，故D项错。正确选项是A。 7.D点拨：超导材料如果用来制作输电线， 由于电阻为0，不会产生热量，可以降低由 于电阻发热引起的电能损耗，故A正确；一 般情况下电动机转化效率在80%以上，而 最好的汽油机也超不过40%，因此新能源 汽车比燃油车的能量转化效率高，故B正 确；质量是物质本身的属性，不随位置改变 而改变，故C正确；能源并不是取之不尽用 之不竭的，由于能量的转移和转化是有方 向性的，随着能量耗散，可利用的能源减少 了，就会有能源危机，所以需要节约能源， 故D错误。故选D。 8.C点拨：开发节水技术，用淘米水浇花，在 农业生产中，推广喷灌技术都可以节约用 水；但减少每个人每天的饮用水不可行，因 为这样做有害人体健康，故C符合题意。 9.由P=U可知，在电压一定时，智能温控 系统，根据室内温度与设定温度的差值，动 态调节电热丝的电流大小，可使电热丝的 功率保持在一定范围内，避免用电器全功 率运行而造成能源浪费。同时，还可以避 免因温差过大，使用电器频繁启停而造成 的能源浪费。 10.(1)超采地下水的危害：地面沉降。长期 超采地下水，会使地下水位下降，含水层 中的孔隙水压力降低，土层压缩，从而导 致地面沉降。地面沉降会对建筑物、道 路、桥梁等基础设施造成严重破坏，还可 能引发地裂缝等地质灾害。海水入侵。 在沿海地区，过度开采地下水会使地下水 位低于海平面，海水就会倒灌进入含水 层，导致地下水水质恶化。咸化的地下水 不仅不能用于灌溉和饮用，还会对土壤和 生态环境造成破坏。(2)日常生活中的 节水做法：一水多用。例如淘米水洗菜， 再用清水清洗，不仅节约了水，还有效地 清除了蔬菜上的残存农药；洗衣水洗涮拖 把后再冲厕所，第二道清洗衣物的洗衣水 还可以擦门窗及家具、洗鞋袜等。此外， 可以使用节水型设备。如安装节水型水 龙头、马桶等。水龙头可选用可调节出水 量的节水龙头，马桶若使用节水型设备， 每次可节水4~5kg。 【素养发展】 1.C点拨：氢弹利用核聚变释放出巨大的能 量；核能属于不可再生能源；用混凝土封存 核反应堆是为了防止核泄漏；现有的核电 站是利用核裂变来发电的。 2.(1)可再生核聚变(2)电(3)5.4× 103(4)5.76×108 综合复习 【聚焦中考】 1.AC点拨：太阳能可以在短期内从自然界 得到补充，属于可再生能源，故A正确；石 油是化石能源，属于不可再生能源，储量有 限，并非取之不尽，故B错误；核电站是利 用可控核裂变释放能量来发电的，故C正 确；风力发电过程中存在能量损耗，如机械 摩擦、空气阻力等，效率不可能达到100%， 故D错误。 2.C点拨：地热能可以直接从自然界获得， 属于一次能源，但电能是通过消耗其他能 源转化而来的，属于二次能源，A错；风能、 水能、太阳能都属于可再生能源，B错；大 量氢核的聚变，可以在瞬间释放出巨大的 核能，D错。 3.C点拨：本题考查能源的分类。石油、煤 炭在使用过程中，会排放污染物，而太阳 能、风能在使用过程中不会排放污染物，故 C正确；ABD错误。