22.3 跨学科实践：为节约能源设计方案 课件 2026-2027学年人教版九年级全一册物理

该初中物理课件围绕“为节约能源设计方案”展开，通过“想一想”环节列举1度电的实际作用，联系日常生活引出能源问题，以项目式学习支架引导学生从调查家庭能源使用入手，逐步完成方案设计、检验与改进。 其亮点在于以跨学科实践为主线，融合科学探究（如制作纸箱模型测试保温效果）、科学思维（材料热导率对比论证）和科学态度与责任（环保节能意识），助力学生提升解决实际问题能力，教师可依托此资料开展实践性教学。

跨学科实践：为节约能源设计方案 1 我们知道电能在日常生活中的单位是kW·h（度）。那么1度电有多大的作用呢？ 想一想 可以让空调工作约0.5 h 可以让烤箱工作约1 h 可以让电饭煲工作约1.5 h 2 我们知道电能在日常生活中的单位是kW·h（度）。那么1度电有多大的作用呢？ 想一想 可以让灯泡工作约25 h 可以让笔记本电脑工作约30 h 3 我们知道电能在日常生活中的单位是kW·h（度）。那么1度电有多大的作用呢？ 想一想 可以灌溉350 m2的农田 可以采100 kg的煤 4 能源是人类文明进步的基础和动力，能源问题和我们每个人都息息相关。我们每天开灯、开空调、坐车等，这些看似平常的行为，都会用到能源。能源是有限的，所以我们应该学会去节约能源。那么，在日常生活中，我们如何去节约能源呢？ 想一想 节约能源可以先从优化自己家中能源的使用入手。 5 一、项目提出 在我们的生产生活中都会使用到各种各样的能源。你在生活中都遇到过哪些浪费能源、污染环境的问题? 空调设置的温度过低 没有及时关水龙头 短途出行频繁开车 节约资源保护环境，从身边做起，从点滴做起。 6 二、项目分析 制订优化自己家能源使用的具体方案，可根据以下几个方面展开。具体如下： （1）调查：了解家庭使用能源的具体情况 （2）设计：针对性地提出优化方案 （3）检验：分析方案的有效性和可行性 （4）改进：与他人交流讨论，对方案进行改进 三、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。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。 能源名称 天然气 电 汽油 能源用途 取暖 做饭 热水 制冷 电视 其他 交通 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） 260 m3 1500 kW·h（度） 600 L 能源名称 天然气 电 汽油 能源用途 取暖 做饭 热水 制冷 电视 其他 交通 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） 260 m3 1500 kW·h（度） 600 L 能源浪费现象 取暖温度过高 电器长时间待机；空调制冷温度过低；不随手关灯 过度依赖 私家车 　　2．选取优化对象与确定改进方法 家庭能源消耗最大的三个项目为取暖、制冷、交通。 　　（1）根据实际的调查结果，分析家中在哪些方面的能源使用可以优化？哪些需要优先改进？ 取暖 制冷 出行 　　（2）优化能源使用的方法 　　①在家中使用太阳能等新能源； 　　②提高现有能源的使用效率； 　　③优化家庭用车行为； 　　④优化家用电器使用新能源等行为。 加装住宅太阳能板 换用能效更高的用电器 新能源车代替油车 使用新能源 提高能源使用效率 优化使用行为 取暖 安装太阳能采暖系统 墙体加装保温层 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 新能源车取代 家中的燃油车 乘坐公交车、骑自行车 　　（2）优化能源使用的方法 　　（3）确定节能方法时，需要考虑哪些方面？ 是否节约能源？能否满足人们使用需要？该收集哪些证据？怎样分析？ 是否节约能源 能否满足人们使用需要 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 　　3．制订与检验设计方案 　　方案一：为房屋加装保温层。 　　（1）明确思路 热量能自发地从高温物体传递到低温物体 尽可能减少房间与外界的热传递 理论依据 理论办法 实际措施 选择保温能力比较强的材料将房间“包裹”起来。 　　（2）选取材料 影响材料的保温性能的因素通常有材料厚度越大、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。 材料 热导率/［W·（m·℃）–1］ 材料 热导率/［W·（m·℃）–1］ 铝 236 硬泡沫塑料 0.041~0.048 普通玻璃 约0.8 聚苯乙烯 约0.04 锯木屑 约0.08 岩棉 约0.04 棉花 约0.05 空气 约0.03 一些常见材料的热导率 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。 　　（2）选取材料 材料名称 热导率 环保性 价格 耐火性 易安装程度 铝箔 橡塑棉 约0.034 橡塑材料本身无毒，铝箔层在常温下也不会释放有害物质 80~ 150 B1级 难燃 要使用专用胶水 黏合 聚苯乙烯 泡沫板 约 0.032 常温下无毒，接触明火或高温会释放苯乙烯等有毒气体 70~90 B2级 可燃 易切割，硬度偏软，易安装 挤塑聚苯 乙烯板 约0.028 常温下稳定无毒，300℃以上分解产生苯系物等有害气体 90~ 110 B1级 难燃 密度小、硬度更高、易安装 　　（3）确定方案 在选定了保温材料后，在房间的哪些位置安装保温材料？保温材料的规格应满足什么要求？门窗应该怎样进行保温处理？ 安装位置 安装尺寸（cm） 所需材料 处理方式 备注 外墙 1 475×300 挤塑聚苯乙烯板 胶带固定、留缝隙通风 保温材料外层刷防潮腻子 窗户 1 167×193 安装胶条、贴膜 密封、粘贴 窗户 2 167×193 安装胶条、贴膜 密封、粘贴 入户门 84×216 门帘 外挂 　（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。 如何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？ 可选择身边容易获取、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。 　　①模拟我们的“家” 模拟部位 模拟方案 科学依据 墙体 30 cm×30 cm×30 cm 纸箱 (2 个，方便比较) 易获取、可安装保温层 墙体 纸箱开孔 (5 cm×5 cm) 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 　　②检验保温效果 将质量相等的冰块装在塑料袋中，分别放入有保温材料覆盖的纸箱1和没有保温材料覆盖的纸箱2中；将两个纸箱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。 检验结果表明安装保温材料的纸箱保温效果更好，热量散失少，更加节约能源。 　　方案二：为家庭用车提供建议。 想要调查新能源汽车能否替代自己家中的燃油汽车，以减少能源消耗，并对环境更加有益。我们可以从下面几个思路开展调查和论证。 目前都有哪些种类的新能源汽车? 新能源汽车能否满足人们的日常使用需要？ 有哪些因素促进新能源汽车的发展? 新能源汽车 　　（1）新能源汽车的种类 新能源汽车种类 工作原理 纯电动汽车 电池驱动电机，零尾气排放 混合动力汽车 油电双系统，可外接充电，短途用电、长途用油 增程式电动汽车 发动机仅发电，电机驱动车轮 氢动力车 氢氧化学反应发电，排放仅为水 从安全和方便等方面考虑应该选择纯电汽车。 　　（2）燃油汽车与新能源汽车能耗对比 对比标准 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) 7.5 L 汽油 (约 50 元) 电费成本低 80% 碳排放(行驶 15 万千米) 约 30 吨 约 43 吨 纯电动减排 30% 电动汽车的用车成本更低同时能实现约30%的减排效果。 　　（3）新能源汽车在不同场景下的问题 应用场景 关键问题 用户影响 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 50% 高温环境 38℃以上快充功率下降 40%，电芯温差超安全阈值 吐鲁番车主夏季续航缩水 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 万千米时，成本接近小排量燃油车 　　（4）促进新能源汽车发展的因素 因素 未来发展趋势 能源安全与资源短缺 新能源汽车的发展能减少对石油等化石能源的依赖 技术创新与产业升级 新能源汽车技术的突破推动了产业链升级 　　4．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，也可以通过全班投票与反馈：其他小组成员根据“创新性”“充分性” “可行性”三项指标，投出“最佳创意奖”“最具潜力奖”等奖项。 　　5．归纳家庭能源使用优化方法 优化方向 措施 房屋保温 外墙/屋顶加装5 cm厚的聚苯板 门窗密封处理+双层玻璃 交通能源 燃油车换成纯电动车（年行驶1.5万千米） 热水与用电 安装太阳能热水器+屋顶光伏 行为优化 夏季空调调高1℃，冬季暖气调低2 ℃ 跨学科实践： 为节约能源设计方案 项目提出 项目分析 项目实施 展示交流 制订出一个优化家庭能源使用的具体方案 调查→设计→_____→检验→改进 1．调查家中能源的使用情况 2．选取优化对象与确定改进方法 3．制订与检验设计方案 举办______、制作展板、举办论坛等； 归纳出一些具体的________使用的优化方法。 模拟 辩论会 家庭能源 28 $