22.3 跨学科实践：为节约能源设计方案（课件，教材配套版）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理课件聚焦能源与可持续发展，从生活中的能源浪费问题导入，引导学生调查家庭能源使用现状，通过项目化探究（调查—设计—测试—交流）展开，提供调查表、材料评估表等支架，衔接能源类型、能耗分析与方案设计。 其亮点是以项目化学习落实核心素养，如房屋保温方案通过热导率数据选材、控制变量法模型测试（冰块质量变化评估效果），体现科学思维与探究。新能源汽车方案结合能源安全分析，培养科学态度与责任。学生提升实践能力，教师获得完整教学框架。

22.3 跨学科实践 为节约能源设计方案 同步教学PPT｜物理 九年级 从家庭能源调查，到证据支持的方案设计 能源与可持续发展 学习目标：四维核心素养落地 依据《义务教育物理课程标准（2022年版）》 02 物理观念 理解热量自发从高温物体传向低温物体；认识热导率、 能源类型、能耗与能源转化效率。 科学思维 围绕家庭能源问题建立证据链，比较方案的节能性、可 行性与局限性。 科学探究 经历调查—提出问题—选材—建模—测试—改进—交流 的项目化探究过程。 科学态度与责任 形成节能环保、能源安全意识，尊重证据，愿意以家庭 行动承担社会责任。 学习证据：调查表、材料评估表、设计方案、模型测试记录、展示交流报告 项目提出 从生活问题出发，明确节能与环保的任务 03 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。 核心任务 优化家庭能源使用，形成具体、可检验、能交流的方案。 关键词：能源使用｜节能｜环保｜家庭方案｜证据 项目分析 先了解，再优化；先论证，再交流 04 ① 了解现状 家庭使用能源的具 体情况 → ② 有针对性提出 选取优化对象，提出 改进方案 → ③ 分析评价 分析方案的有效性和 可行性 → ④ 交流改进 与他人交流讨论， 持续改进 项目逻辑：真实问题 → 数据证据 → 方案设计 → 模型测试 → 展示交流 项目实施① 调查家中能源的使用情况 能源用途、类型与年消耗量 05 调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。表22.3-1 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。 根据调查，确定哪些用途的能源消耗比较多：采暖、制冷、生活热水、交通等可能是主要方面。 项目实施② 选取优化对象与确定改进方法 根据调查结果，提出优先改进方向 06 思考问题（教材原文） （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（图22.3-1），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？ 图22.3-1 建议角度 节能性｜需求满足｜可行性｜环保性｜经济性 项目实施③ 方案一：为房屋加装保温层 （1）明确思路 07 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。 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。 物理观念支撑：减少热传递 → 减少能量散失 → 降低采暖/制冷能耗 方案一：选取材料 保温性能因素与热导率资料 08 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22.3-2 一些常见材料的热导率（室温、干燥环境） 材料选择还要考虑：环保性、价格、耐火性、是否容易安装。 方案一：对不同材料的评估 从热导率之外的维度进行比较 09 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22.3-3）。如果你还有其他 想法，可以补充到表22.3-3中，然后从中选出一两种材料作进一步的比较 分析。 评价原则：指标明确、证据充分、比较公平；最后选出一两种材料进一步分析。 方案一：确定方案 把材料选择转化为可执行的房屋保温设计 10 在选定了保温材料后，先在小组内讨论设计方案。例如，在房间的哪些位置安装保 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22.3-4）。 设计字段：安装位置｜安装尺寸｜所需材料｜处理方式｜备注 方案一：制作模型与测试 在真正实施前，用简易模型评估可行性 11 模型制作 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。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”中相应部位。 测试方法 为了检验保温效果，可以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。 控制变量：冰块质量、环境、时间相同 评价指标：冰块质量变化越小，保温效果越好 方案二：为家庭用车提供建议 比较新能源汽车与传统燃油汽车 12 另一组同学认为自己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己家中的燃油汽车，以减少 能源消耗，并对环境更加有益。 新能源汽车 一般使用电能、氢能等 比较直接能耗与全链条能耗 关注充电/补能条件 传统燃油汽车 使用汽油、柴油 考虑能源生产过程的转化效率 关注尾气排放与环境影响 提示：既要比较车辆直接消耗的能源，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。 方案二：需求、局限与能源安全 调查和论证，形成建议与报告 13 （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？ （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？ （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？ 证据示例：每天行驶路程、所在地区气候、充电桩分布、充电时间、电池受温度影响等。 展示交流：用证据支撑方案 交流讨论，找出不足并改进 14 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。 交流形式 辩论会 · 展板 · 论坛 最终任务 归纳家庭节能方法，估算每年节约能源；推算全国家庭采取类似措施的节能量。 可上网查找：举办辩论会、论坛等活动的流程，以及需要注意的事项。 课后练习 1｜家庭能源调查 15 题目 调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。参照表22.3-1，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。 解题指导 列出采暖、做饭、生活热水、制冷、其他电器、交通等用途；记录能源名称、能源类型、 年消耗量；比较各用途消耗，确定优先优化对象。 课后练习 2｜选取优化对象与方法 16 题目 （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（图22.3-1），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燃油汽车，那么从是否节约 能源、能否满足人们使用需要的角度，应该收集哪些证据？怎么分析？ 解题指导 优先选择消耗量大且易改进的用途；方法可选太阳能、提高设备效率、优化用车行为等；从节能性、 环保性、需求满足、经济性、可行性、 能源安全等角度收集证据并比较。 课后练习 3｜房屋保温模型测试 17 题目 在真正实施设计方案前，需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 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？ 解题指导 选取易获取、易安装且热导率相近的材料；设置有/无保温材料两组；质量相等冰块分别装袋，置于 相同环境、相同时间；比较冰块质量变 化，质量变化越小保温效果越好。 课后练习 4｜新能源汽车调查论证 18 题目 （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？ （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？ （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？ 解题指导 列举电能、氢能等类型；比较直接能耗、能源生产转化效率、生产能耗与尾气排放；调查日行驶里程、 气候、充电桩分布和充电时间，判断适用场景；从能源安全角度说明减少对进口石油依赖的意义。 $