第四节 跨学科实践：设计节能环保小屋（举一反三·讲义）物理新教材北师大版九年级全一册

第四节 跨学科实践：设计节能环保小屋 【新教材北师大版】 【知识框架+知识精讲（3个知识归纳+3个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 情景导入 展示水利发电站工作原理示意图，讲解 “提高上游水位增加水的势能，高水位的水推动水轮机转动，带动发电机发电” 的过程。 【提问】人类社会的现代化离不开能源，我们身边还有哪些能源？这些能源如何分类？面对日益严峻的能源危机，我们可以通过哪些技术手段实现节能环保？今天，我们通过跨学科实践一同探索 “设计节能环保小屋” 的奥秘。 【设计意图】通过实际能源利用案例引入，引发学生对能源相关问题思考，自然切入本节课核心实践主题。 知识归纳 【知识点1 认识能源】 1. 能源的定义：能够提供 能量 的物质都被称为能源，如煤炭、风能、水能、电能、石油、柴草等，各种能源的利用极大地促进了人类文明的发展。 2. 人类利用能源的历程：原始社会的 柴薪 能源→第一次工业革命的 化石 能源→第二次工业革命的电气时代→第三次工业革命的 新能源 时代。 3. 能源分类： （1）按能源的基本形态分类：一次能源（以 天然形式 存在于自然界的能源，如 化石 能源、风能、水能、地热能）；二次能源（由 一次能源 加工转化而来的能源，如电能、酒精）。 （2）一次能源按能否在短期内再生分类：不可再生能源（短期内无法从自然界得到补充，如 化石 能源、核能）；可再生能源（可以在自然界里源源不断地得到，如 风能 、水能、太阳能）。 4. 能源危机与解决方案： （1）当前能源结构：以 化石 能源为主。 （2）能源危机的核心原因：化石能源不可再生；能量转化有 方向性 与损耗；能源使用伴随 污染 。 （3）缓解能源危机的关键：开发 新能源 （核能、可再生能源）、提高能源利用效率、节约能源。 （4）常见新能源对比： 【例1】（2026•陕西榆林·期末）2025年上半年，陕西分布式光伏新增装机规模跃居全国前三，计划到2026年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%，推动既有公共建筑屋顶加装太阳能光伏系统。下列说法正确的是（　　） A．太阳能板可以将接收到的太阳能全部转化为电能 B．将太阳能板并联起来可以提高总输出功率 C．将太阳能板串联起来可以提高其输出电压 D．太阳能板无法将灯光中的光能转化为电能 【答案】D 【解析】A.太阳能板可以将接收到的太阳能部分转化为电能，故A错误； B.将太阳能板并联起来不可以提高总输出功率，故B错误； C.将太阳能板串联起来不可以提高其输出电压，故C错误； D.太阳能板无法将灯光中的光能转化为电能，故D正确；故选：D。 【变式1-1】（2026•广东广州·期末）太阳是人类能源的宝库，下列说法错误的是（　　） A．太阳能是一次能源 B．太阳能是太阳内部发生聚变释放的能量 C．太阳能电池把太阳能转化为电能 D．集热器可以吸收太阳辐射并将其转化为化学能 【答案】D 【解析】A．太阳能能够从自然界中直接获取，是一次能源，故A正确，不符合题意； B．太阳内部每时每刻都发生核聚变释放出巨大的核能，太阳能是一个巨大的核能火炉，故B正确，不符合题意； C．太阳能电池把太阳能直接转化为电能，故C正确，不符合题意； D．集热器可以吸收太阳辐射，将太阳的光能转化为内能，故D错误，符合题意。 故选D。 【变式1-2】（2026•甘肃武威·期末）2026年，我国航天事业取得突破性进展，中国空间站开启多人长期驻留时代，空间站的能源主要靠太阳能电池板提供。关于太阳能及太阳能电池，下列说法中错误的是（　　） A．太阳能只能转化为电能 B．太阳能是可再生能源 C．太阳能是清洁能源 D．太阳能电池给我们提供了新的电能来源 【答案】A 【解析】A、太阳能可以转化为电能、内能、生物质能等，故A错误； B、太阳能是可再生的清洁能源，故BC正确。 D、太阳能电池给我们提供了新的电能来源，故D正确。 故选：A。 【知识点2 为节能环保小屋选址】 1. 我国能源分布特点：总量丰富，但人均占有量 不多 ，分布 不均匀 。水资源集中在西南地区；煤炭资源分布在西部和北部地区；西北地区太阳能丰富；沿海地区和西北地区风能丰富。 2. 选址的 3 大核心因素： （1）能源可及性：根据拟利用的新能源类型选择选址，如依赖太阳能供电应优先选择西北地区。 （2）气候适应性：结合当地气候条件设计节能措施，如炎热地区侧重隔热，寒冷地区侧重保温。 （3）地形与环境：选择地形平坦、环境适宜的区域，避免恶劣地形对小屋使用和能源利用的影响。 【例2】（2026•四川成都·期末）铜锌锡硫硒（CZTSSe）太阳能电池的弱光性能优异，阴天或散射光条件下仍能稳定发电，且其原材料储量丰富、毒性低，可沉积在柔性基板（如塑料、金属箔）上，制成柔性太阳能电池，重量仅为传统硅基电池的，目前其光电转换效率突破15%（目前主流太阳能电池的效率约器18%～22%）。相较于传统硅基电池，其优势不包括（　　） A．弱光发电稳定性更强 B．原材料毒性更低 C．柔性基板适配性更好 D．光电转换效率更高 【答案】D 【解析】A、该电池弱光性能优异，阴天或散射光条件下仍能稳定发电，弱光发电稳定性更强，A错误。 B、原材料毒性低，相比传统硅基电池原材料毒性更低，故B错误。 C、可沉积在柔性基板上制成柔性太阳能电池，柔性基板适配性更好，故C错误。 D、该电池光电转换效率突破15%，主流硅基电池效率约18%～22%，转换效率更低，因此光电转换效率更高不属于优势，故D正确。 故选：D。 【变式2-1】（2026•陕西西安·期末）鄂尔多斯的采煤沉陷区，因煤炭开采导致地表塌陷，无法耕种或建筑。国家在该区域建成全国单机容量最大的光伏发电基地。下列说法正确的是（　　） A．光伏组件生产能耗高，环保性不如火力发电 B．光伏发电效率较低，占用大量土地不划算 C．利用可再生太阳能，减少对化石能源消耗 D．光伏发电依赖天气好坏，节能减排意义不大 【答案】C 【解析】A．光伏发电是将太阳能转化为电能，在发电过程中不排放废气和废渣，其整体环保性远优于燃烧煤炭的火力发电，故A错误； B．该区域因煤炭开采导致地表塌陷，已经无法耕种或建筑，在废弃土地上建设光伏基地属于土地资源的合理再利用，提高了土地利用率，故B错误； C．太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生能源，大规模发展光伏发电能够直接替代部分传统火力发电，从而有效减少对化石能源的消耗，故C正确； D．尽管光伏发电在一定程度上受天气制约，但其宏观上能提供大量的清洁电能，对优化能源结构、节能减排具有重大意义，故D错误。故选：C。 【变式2-2】（2026•湖北孝感·期末）如图是一种新型的风光互补景观照明灯，其太阳能电池板和风力发电机产生的电能，输送至蓄电池储存起来，供路灯照明使用，下列解释正确的是（　　） A．蓄电池夜晚放电时将电能转化为化学能 B．照明灯工作时，将风能转化为光能 C．太阳能电池板将电能转化为太阳能 D．利用风力发电时，“风扇”将风能转化为电能 【答案】D 【解析】A．蓄电池夜晚放电时，是将储存的化学能转化为电能，为照明灯供电。故A错误； B．照明灯工作时，消耗的是电能，将电能转化为光能和内能。故B错误； C．太阳能电池板的作用是吸收太阳能，将太阳能转化为电能。故C错误； D．利用风力发电时，“风扇”即风力发电机的叶片被风吹动，带动内部的发电机工作，将风能转化为电能，并储存起来。故D正确。 故选D。 【知识点3 设计、制作节能环保小屋】 1. 节能技术分类及应用： （1）能源供给类： 太阳能（屋顶安装太阳能热水器、光伏板发电）；风能（小型风力发电机供电）。 （2）建筑节能类：外墙使用 保温 材料（减少热量流失）；门窗安装隔热玻璃（夏天隔热、冬天保温）；夏季利用遮阳帘降低室温。 2. 设计要求： （1）标注关键尺寸（采用同一比例尺，如 1:100）； （2）明确标注节能技术与材料（如 “屋顶：太阳能板”“墙体：泡沫板”）； （3）兼顾功能需求（包含卧室、厨房、卫生间等基本空间，标注采光、通风口）。 3. 模型制作核心技术： （1）保温隔热技术： ①核心目标：减少小屋内外的热传递，保持室内温度稳定。 ②技术原理：控制热传递的三种方式（热传导、热对流、热辐射）。 ③材料选择：泡沫板、棉花等保温材料。 （2）新能源转化装置： ①核心目标：将太阳能转化为电能，为小屋提供照明。 ②技术原理：太阳能板→电能→LED 灯（能量转化路径）。 ③材料选择：小型太阳能板（5V）、LED 灯、导线、电池盒（备用电源）。 （3）采光与节水技术： ①采光技术：利用光的反射与折射增强自然采光，材料选择铝箔反光板、透明塑料膜。 ②节水技术：收集雨水用于模拟绿化浇灌，材料选择塑料瓶、导管、小水盆。 4. 制作步骤： （1）保温隔热结构制作：制作双层墙体（外层硬纸板 + 内层泡沫板，接缝用胶水密封）；用透明塑料膜制作窗户，边缘用胶带密封。 （2）新能源转化装置安装：连接电路（太阳能板正负极分别与 LED 灯正负极连接，胶带固定接口）；将太阳能板固定在屋顶，倾斜角度 30°-45°，面向光源；调试装置（对准阳光或台灯，观察 LED 灯是否亮起）。 （3）采光与节水装置安装：在小屋侧面安装透明塑料膜窗户，外侧下方安装倾斜 45° 的铝箔反光板；将裁剪底部的塑料瓶固定在屋顶边缘作为集雨槽，用导管连接至小水盆。 【例3】据统计，我省光伏发电输出创历史新高，光伏发电的核心部件是光电板。光电板吸收太阳能的多少是技术关键，它与什么因素有关？小明猜想光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的面积、光照时间、光电板的颜色有关。根据以上猜想，小明设计实验方案，进行了实验探究，实验数据记录如表所示： 序号 光电板的面积（m2） 光照时间（min） 光电板表面所涂颜色 LED灯发光时间（min） 1 0.1 10 黑色 30 2 0.1 20 黑色 60 3 0.3 10 黑色 90 4 0.3 10 白色 5 (1)该实验中光电板吸收太阳能的多少是通过 反映。 (2)由表中1、3两组数据，可初步得到的结论是 。由表中数据分析可知，制作太阳能光电板用 色较好。 (3)在安装光伏板时，需综合考虑地理位置、季节及光伏板类型等多重因素。季节变化亦需考虑，夏季可适当增大角度避免过热，冬季则可减小角度以充分吸收阳光。根据以上信息，请你提出一个可探究的科学问题： 。 【答案】(1)LED灯发光时间；(2)光电板吸收太阳能的多少与光电板的面积有关；黑；(3)光电板吸收太阳能的多少是否与光电板的角度有关 【解析】（1）通过比较表格中的数据可知，该实验中光电板吸收太阳能的多少是通过LED灯发光时间反映。 （2）[1]由表中1、3两组数据，即它们的面积不同，光照时间和颜色相同，LED灯发光时间不同，可初步得到的结论是光电板吸收太阳能的多少与光电板的面积有关。 [2]由表中3、4数据分析可知，制作太阳能光电板用黑色较好。 （3）在安装光伏板时，需综合考虑地理位置、季节及光伏板类型等多重因素。季节变化亦需考虑，夏季可适当增大角度避免过热，冬季则可减小角度以充分吸收阳光。根据以上信息，可提出一个可探究的科学问题：光电板吸收太阳能的多少是否与光电板的角度有关。 【变式3-1】（2026•陕西西安·期末）某某新能源汽车是一款全新的环保无污染的国产电动汽车。这款车型设计了补电配置波系统，实现了超长的续航里程。补电配置系统利用的能源可能是（　　） A．汽油 B．太阳能 C．柴油 D．天然气 【答案】B 【解析】AC．汽油和柴油燃烧时会产生废气，污染环境，电动汽车环保无污染，故AC不正确； B．环保无污染电动汽车，补电配置系统利用太阳能，将太阳能转化为电能，故B正确； D．天然气燃烧会产生二氧化碳，会产生温室效应，故D不正确。 故选：B。 【变式3-2】】（2026•安徽安庆·期末）如图，屋顶光伏太阳能发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。若已知这种光伏太阳能板每平方米平均发电功率为150W，夏天的一天里可以发电约0.7度。则桉桉家屋顶安装50平方米发电板，一天的发电量可以让 　 　 kg的水上升60℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 【答案】500 花山区一天的发电量为W＝50×0.7度＝35度＝35kW•h＝35×3.6×106J＝1.26×108J 根据题意可知，水吸收的热量为Q吸＝W＝1.26×108J 加热水的质量为。 模块三 课后作业 一、单选题(共?题) 1．（2026•广东广州·期末）下列四种发电方式中，利用太阳能发电的是（　　） A．光伏发电 B．地热能发电 C．核能发电 D．潮汐能发电 【答案】A 【解析】A、光伏发电的过程是将太阳能转化为电能，故A符合题意； B、地热能发电的过程是将地热能转化为电能，故B不合题意； C、核能发电的过程是将核能转化为电能，故C不合题意； D、潮汐能发电的过程是将潮汐能转化为电能，故D不合题意。 故选：A。 2．（2026•安徽合肥·期末）人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。对于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．现代生活离不开电，电能是一次能源 B．新能源的开发和利用技术难、成本高、无实用价值 C．风能、水能、太阳能等可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向 D．能量取之不尽，用之不竭，所以不用节约能源 【答案】C 【解析】A．电能不能直接从自然界获取，属于二次能源，故A错误； B．新能源的开发和利用技术难、成本高，但有实用价值，故B错误； C．风能、水能、太阳能等大多数可再生能源清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，故C正确； D．有些能源使用以后不能再被利用，还会越用越少，所以要节约能源，故D错误。 故选C。 3．（2026•江苏苏州·期末）节约资源和保护环境是我国的基本国策。下列叙述不符合节能环保要求的是（　　） A．重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品 B．短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用次数 C．公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于 D．手机充完电后，不必拔下充电器 【答案】D 【解析】A．重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品符合节能环保要求，故A不符合题意； B．短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用可节约用电，符合节能环保要求，故B不符合题意；   C．公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于26°C，有利于节约电能，符合节能环保要求，C不符合题意；   D．手机充完电后，充电器插在电源上仍会消耗电能，浪费能源，不符合节能要求，故D符合题意。 故选D。 4．如图是某地区使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，下列说法正确的是（    ） A．光电池板是将太阳能转化为化学能 B．照明灯工作时，LED灯是将内能转化为电能 C．利用风力发电时，机械能转化为电能 D．蓄电池放电时，蓄电池将化学能转化为光能 【答案】C 【解析】A．光电池板的作用是将太阳能转化为电能，而不是化学能，故A错误； B．照明灯工作时，LED灯是将电能转化为光能，同时可能有少量内能，但主要是电能转化为光能，不是将内能转化为电能，故B错误； C．利用风力发电时，“小风扇”转动，将机械能转化为电能，故C正确； D．蓄电池放电时，是将化学能转化为电能，而不是直接转化为光能，电能再通过照明灯转化为光能，故D错误。故选C。 5．（2026•陕西西安雁塔区·期中）在共享单车的车筐底部覆盖着太阳能发电板，通过阳光给里面的蓄电池充电从而为GPS和通信模块供电。在太阳能发电板和蓄电池的电路中，下列说法不正确的是（　　） A．太阳能发电板是电源 B．蓄电池充电时的能量转化是化学能转化成电能 C．太阳能发电板的能量转化是太阳能转化成电能 D．蓄电池充电时属于用电器 【答案】B 【解析】AC、太阳能发电板将太阳能转化成电能，所以太阳能发电板是电源，故AC正确。 BD、蓄电池充电时，将电能转化为化学能储存在电池中；充电时蓄电池消耗了电能，属于用电器，故B错误、D正确；故选：B。 6．（2025•甘肃·中考真题）2025年5月17日，朱雀二号改进型遥二运载火箭成功将6颗卫星送入预定轨道。关于卫星发射和运行过程，下列说法正确的是（　　） A．火箭加速升空过程中，卫星的动能转化为重力势能 B．箭星分离前，以火箭为参照物，卫星是运动的 C．卫星上太阳能电池板的作用是将电能转化为机械能 D．卫星依靠电磁波来实现星地实时数据传输 【答案】D 【解析】A、点火后，在加速上升的过程中，卫星质量不变，但是高度增加，速度增大，重力势能和动能都增大，所以卫星的动能没有转化为重力势能，故A错误； B、卫星与火箭脱离之前，卫星与火箭的速度相同，没有发生位置变化，以火箭为参照物，卫星是静止的，故B错误； C、太阳能电池板的作用是将太阳能转化为电能，故C错误； D、人造卫星依靠电磁波来实现星地实时数据传输，故D正确。故选：D。 二、填空题 7．（2026•山东泰安·月考）如图所示是一种汽车装饰品一小盆景，花盆表面有一个太阳能电池板，塑料小花在阳光下能不断摇摆，请你猜测花盆里还有一个重要的装置是　 　 （选填“发电机”或“电动机”）。 【答案】电动机。 【解析】由于该装置在太阳能提供电能的情况下运动，即将电能转化为机械能，故里面应该有一个电动机。 8．太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为各类太空飞行器提供能源的装置，电池板是把太阳能转化成 （填“一次”或“二次”）能源—电能；我国最新建成的“华龙一号”核电站采用的核反应方式与太阳内部的核反应是 （填“相同”或“不相同”）的，该反应用到的核原料属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现碳中和目标。 【答案】一次 不相同 不可再生 【解析】[1]一次能源是指自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源，太阳能属于一次能源。太阳能电池帆板将太阳能直接转化为电能，这里的电能是由一次能源太阳能直接转化而来的，所以也是一次能源。 [2]“华龙一号”核电站采用的是核裂变反应，在反应堆中，原子核裂变并释放出能量。而太阳内部发生的是核聚变反应，是将氢原子融合成氦原子，释放出大量的能量。所以二者核反应方式不相同。 [3]核电站所用的核燃料是矿产资源，如铀等，这些核燃料在地球上的储量是有限的，属于不可再生资源，会越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充。 9．为有效地减少环境污染，科学家研制了利用太阳能来驱动的太阳能汽车，真正实现了零排放。某太阳能汽车如图所示，该太阳能汽车行驶时将太阳能最终转化成　 　 能。若该太阳能汽车在接收到4×106J的太阳能后，能匀速行驶2km的路程，且该太阳能汽车在行驶过程中受到的阻力为300N，则该太阳能汽车利用太阳能来驱动的效率为　 　 。 【答案】机械；15%。 【解析】太阳能汽车行驶，将太阳能最终转化为机械能； 汽车匀速行驶，二力平衡，牵引力 F＝f＝300N；路程s＝2km＝2000m；有用功：W有＝Fs＝300N×2000m＝6×105J；接收太阳能总能量W总＝4×106J；效率：η100%100%＝15%。 10．（2026•四川绵阳·期末）某太阳能热水器装有100kg、初温为20℃的冷水，经过一天的太阳照射，水温升高到60℃，则水吸收的热量为　 J，这些热量相当于完全燃烧　 　 m3天然气所放出的热量。假如用功率为2kW的电热水器产生同样多的热量，则通电的时间为　 s．[已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）、天然气的热值为4.2×107J/m3]。 【答案】1.68×107；0.4；8.4×103 【解析】（1）水吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/（kg•℃）×100kg×（60℃﹣20℃）＝1.68×107J； 因为Q吸＝Q放，所以由Q放＝qV可知，V0.4m3； （2）由Q吸＝W＝Pt可知，t8.4×103s。 11．（2026•河南信阳·期末）为节能减排，实现“绿水青山就是金山银山”，平原县街头安装了一款太阳能路灯，每盏灯功率30W，每天工作10小时。若太阳能辐射功率1kW/m2，太阳能电池板光电转化效率30%，平均每天有效光照时间5小时。若正常太阳照射一天可以保证路灯能够连续正常工作3天（不计蓄电池充放电时的能量损失），则每盏路灯配备的太阳能电池板面积至少为　 　 m2，蓄电池的容量至少为　 J。 【答案】0.6；3.24×106。 【解析】每天工作10小时，工作3天，根据公式W＝Pt，太阳能路灯正常工作时消耗的电能为： W＝Pt＝0.03kW×3×10h＝0.9kW•h； 太阳能电池板光电转化效率η＝30%，设太阳能电池板一天提供的电能为W太阳，由，可得； 已知太阳能辐射功率，平均每天有效光照时间t光＝5h，根据W太阳＝P辐射St，可得太阳能电池板的面积为：。 路灯正常工作3天消耗的电能W＝0.9kW•h＝0.9×3.6×106J＝3.24×106J。 因为不计能量损失，即蓄电池的容量至少为3.24×106J。 12．（2026•湖北鄂州·期中）如今太阳能是重点开发利用的能源之一，某家庭太阳能热水器如图所示，其有效接收太阳能的面积为2m2，若每平方米每小时平均接收太阳能为2.5×106J，每天日晒8h，可以使80kg的水温度从20℃升高到70℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），在上述过程中太阳能热水器内的水吸收的热量为　 J，该太阳能热水器日晒8h共接收到的太阳能是　 J，该太阳能热水器的效率是　 　 。 【答案】1.68×107；4×107；42%。 【解析】80kg的水温度升高Δt＝70℃﹣20℃＝50℃，吸收的热量为： Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×80 kg×50℃＝1.68×107J； 该太阳能热水器日晒t＝8h，总共接收到的太阳能为：E＝Pt＝2.5×106 J/（m2•h）×2m2×8h＝4×107J； 该太阳能热水器的效率为：η42%。 13．（2026•湖南郴州·期末）有一种可移动太阳能水上漂浮房，在屋顶安装了太阳能电池板，能为该房供应热水和在水上移动提供能量。该电池板在太阳下工作5min，吸收太阳能的功率为8.4×103W，则吸收的太阳能是 　 J；若太阳能电池板将太阳能转化成电能，转化效率为20%，若转化的电能可全部用来给水加热，可以让10kg、初温为20℃的水温度升高 　 　 ℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 【答案】2.52×106；12。 【解析】（1）电池板在太阳下工作5min，吸收的太阳能是：W＝Pt＝8.4×103W×5×60s＝2.52×106J； （2）若太阳能电池板将太阳能转化成电能，转化效率为20%，则转化出的电能为：W电＝W×20%＝2.52×106J×20%＝5.04×105J； 由公式Q＝cmΔt得，水升高的温度：Δt12℃。 14．（2026•江苏南京·期末）如图是风光互补路灯系统，安装风力发电机和太阳能电池板，分别利用风能和太阳能发电并将电能储存至蓄电池中，供路灯使用。某型号的风光互补路灯参数如下： 风力发电额定输出功率 路灯额定电压 路灯额定功率 太阳能电池板转换效率 200W 24V 48W 20% （1）路灯的额定电流为 　 　 A，路灯正常发光时的电阻为 　 　 Ω。 （2）若仅有风力发电机在额定输出功率下工作10h，同时路灯也正常工作，还可供蓄电池储存的电能为 　 　 kW•h。 （3）如果太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为800J/（s•m2），若电池板的面积为0.9m2，则太阳能电池板平均输出功率为 　 　 W。无风的晴天，光照5h，太阳能电池板产生的电能最多能提供照明 　 　 h。 【答案】（1）2；12；（2）1.52；（3）144；15。 【解析】（1）由P＝UI，路灯的额定电流：I2A； 由I知，路灯正常发光时的电阻：R12Ω； （2）蓄电池储存的电能W＝P额t﹣P灯t＝0.2kW×10h﹣0.048kW×10h＝1.52kW•h； （3）太阳能电池板接收到的总功率：P总＝800W/m2×0.9 m2＝720W， 太阳能电池板平均输出功率P输出＝P总η＝720W×20%＝144W＝0.144kW； 光照5h，太阳能电池输出电能：W＝ηP输出t＝0.144kW×5h＝0.72kW•h， 由表格中数据知，路灯额定功率48W＝0.048kW，由P可得能使灯泡正常工作的时间： t15h。 15．（2026•江苏苏州·期末）正午，小明对水面获取太阳的能量情况进行研究，他将装有400g水的盘子放在室外平台上，经阳光照射10min，水温升高了2.5℃。不计水的蒸发[水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）]。 （1）该过程水吸收的热量是多少？ （2）若照射到盘中水面上太阳能的功率为25W，水获取太阳能的效率是多大？ 【解析】（1）水吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/（kg•℃）×0.4kg×2.5℃＝4.2×103J； （2）由P可得，照射到水面上的太阳能：W＝Pt＝25W×10×60s＝1.5×104J， 水获取太阳能的效率：η100%100%＝28%。 答：（1）该过程水吸收的热量是4.2×103J； （2）水获取太阳能的效率是28%。 16．（2026•贵州贵阳·期末）如图中是某太阳能热水器，向其中注入50kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃．水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）。 试求：（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？ （2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气；（天然气的热值为8.4×107J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部给水吸收） 【解析】（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量： Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（50℃﹣10℃）＝8.4×106J； （2）由题意可知，天然气完全燃烧释放的热量： Q放＝Q吸＝8.4×106J， 由Q放＝Vq可得，需要完全燃烧天然气的体积： V0.1m3。 答：（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量是8.4×106J； （2）需要完全燃烧0.1m3的天然气。 17．（2026•江苏淮安·中考真题）为贯彻新发展理念，我国大力发展太阳能产业。如图甲所示为公共设施中的太阳能路灯，实践小组查阅有关资料，得知此款太阳能路灯的相关参数如下表所示。 主要电学元件 铭牌技术参数 太阳能电池板 最大发电功率/W 80 蓄电池 额定容量/（A•h） 40 额定电压/V 12 LED灯具 额定功率/W 30 额定电压/V 12 （1）请根据以上信息求：①该LED灯具正常发光时的电流；②太阳能电池板以最大发电功率工作1.5h向蓄电池提供的电能。 （2）请在图乙中设计符合以下要求的电路：通过一个光敏单刀双掷开关，实现白天太阳能电池板给蓄电池充电、夜晚蓄电池给LED灯具提供电能照明。（太阳能电池板符号为“”，LED灯具符号可用“”替代，光敏单刀双掷开关符号为“”） （3）结合题中信息，针对太阳能路灯的组成与整体结构、推广价值、创新设想等方面，表达自己的观点并简要说明理由： ①　 　 ； ②　 　 ； ③　 　 。 【答案】（1）①该LED灯具正常发光时的电流；②； （2）； （3）①整体结构：路灯配有蓄电池，白天储存电能，可保证阴天、夜晚正常照明；②推广价值：太阳能路灯利用太阳能发电，清洁无污染，节约化石能源，降低电费；③创新设想：增加人体感应模块，实现人来灯亮、人走灯灭，进一步节约电能。 【解析】（1）①LED灯额定电压U＝12V，额定功率PLED＝30W， 由P＝UI得： ； ②太阳能电池板最大功率P光＝80W＝0.08kW，工作时间t＝1.5h， ； （2）电路设计：开关打到白天位置：太阳能电池板与蓄电池连通，太阳能电池板对蓄电池充电； 开关打到夜晚位置：蓄电池与LED灯连通，蓄电池为LED灯供电。 画图要点：太阳能电池板接白天触点；蓄电池一端接开关公共端，白天接通太阳能板回路，夜晚接通LED回路，LED另一端接回蓄电池负极。如上图所示： （3）示例： ①整体结构：路灯配有蓄电池，白天储存电能，可保证阴天、夜晚正常照明； ②推广价值：太阳能路灯利用太阳能发电，清洁无污染，节约化石能源，降低电费； ③创新设想：增加人体感应模块，实现人来灯亮、人走灯灭，进一步节约电能。 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四节 跨学科实践：设计节能环保小屋 【新教材北师大版】 【知识框架+知识精讲（3个知识归纳+3个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 情景导入 展示水利发电站工作原理示意图，讲解 “提高上游水位增加水的势能，高水位的水推动水轮机转动，带动发电机发电” 的过程。 【提问】人类社会的现代化离不开能源，我们身边还有哪些能源？这些能源如何分类？面对日益严峻的能源危机，我们可以通过哪些技术手段实现节能环保？今天，我们通过跨学科实践一同探索 “设计节能环保小屋” 的奥秘。 【设计意图】通过实际能源利用案例引入，引发学生对能源相关问题思考，自然切入本节课核心实践主题。 知识归纳 【知识点1 认识能源】 1. 能源的定义：能够提供 的物质都被称为能源，如煤炭、风能、水能、电能、石油、柴草等，各种能源的利用极大地促进了人类文明的发展。 2. 人类利用能源的历程：原始社会的 能源→第一次工业革命的 能源→第二次工业革命的电气时代→第三次工业革命的 时代。 3. 能源分类： （1）按能源的基本形态分类：一次能源（以 存在于自然界的能源，如 能源、风能、水能、地热能）；二次能源（由 加工转化而来的能源，如电能、酒精）。 （2）一次能源按能否在短期内再生分类：不可再生能源（短期内无法从自然界得到补充，如 能源、核能）；可再生能源（可以在自然界里源源不断地得到，如 、水能、太阳能）。 4. 能源危机与解决方案： （1）当前能源结构：以 能源为主。 （2）能源危机的核心原因：化石能源不可再生；能量转化有 与损耗；能源使用伴随 。 （3）缓解能源危机的关键：开发 （核能、可再生能源）、提高能源利用效率、节约能源。 （4）常见新能源对比： 【例1】（2026•陕西榆林·期末）2025年上半年，陕西分布式光伏新增装机规模跃居全国前三，计划到2026年新建公共机构建筑、新建厂房屋顶光伏覆盖率力争达到50%，推动既有公共建筑屋顶加装太阳能光伏系统。下列说法正确的是（　　） A．太阳能板可以将接收到的太阳能全部转化为电能 B．将太阳能板并联起来可以提高总输出功率 C．将太阳能板串联起来可以提高其输出电压 D．太阳能板无法将灯光中的光能转化为电能 【变式1-1】（2026•广东广州·期末）太阳是人类能源的宝库，下列说法错误的是（　　） A．太阳能是一次能源 B．太阳能是太阳内部发生聚变释放的能量 C．太阳能电池把太阳能转化为电能 D．集热器可以吸收太阳辐射并将其转化为化学能 【变式1-2】（2026•甘肃武威·期末）2026年，我国航天事业取得突破性进展，中国空间站开启多人长期驻留时代，空间站的能源主要靠太阳能电池板提供。关于太阳能及太阳能电池，下列说法中错误的是（　　） A．太阳能只能转化为电能 B．太阳能是可再生能源 C．太阳能是清洁能源 D．太阳能电池给我们提供了新的电能来源 【知识点2 为节能环保小屋选址】 1. 我国能源分布特点：总量丰富，但人均占有量 ，分布 。水资源集中在西南地区；煤炭资源分布在西部和北部地区；西北地区太阳能丰富；沿海地区和西北地区风能丰富。 2. 选址的 3 大核心因素： （1）能源可及性：根据拟利用的新能源类型选择选址，如依赖太阳能供电应优先选择西北地区。 （2）气候适应性：结合当地气候条件设计节能措施，如炎热地区侧重隔热，寒冷地区侧重保温。 （3）地形与环境：选择地形平坦、环境适宜的区域，避免恶劣地形对小屋使用和能源利用的影响。 【例2】（2026•四川成都·期末）铜锌锡硫硒（CZTSSe）太阳能电池的弱光性能优异，阴天或散射光条件下仍能稳定发电，且其原材料储量丰富、毒性低，可沉积在柔性基板（如塑料、金属箔）上，制成柔性太阳能电池，重量仅为传统硅基电池的，目前其光电转换效率突破15%（目前主流太阳能电池的效率约器18%～22%）。相较于传统硅基电池，其优势不包括（　　） A．弱光发电稳定性更强 B．原材料毒性更低 C．柔性基板适配性更好 D．光电转换效率更高 【变式2-1】（2026•陕西西安·期末）鄂尔多斯的采煤沉陷区，因煤炭开采导致地表塌陷，无法耕种或建筑。国家在该区域建成全国单机容量最大的光伏发电基地。下列说法正确的是（　　） A．光伏组件生产能耗高，环保性不如火力发电 B．光伏发电效率较低，占用大量土地不划算 C．利用可再生太阳能，减少对化石能源消耗 D．光伏发电依赖天气好坏，节能减排意义不大 【变式2-2】（2026•湖北孝感·期末）如图是一种新型的风光互补景观照明灯，其太阳能电池板和风力发电机产生的电能，输送至蓄电池储存起来，供路灯照明使用，下列解释正确的是（　　） A．蓄电池夜晚放电时将电能转化为化学能 B．照明灯工作时，将风能转化为光能 C．太阳能电池板将电能转化为太阳能 D．利用风力发电时，“风扇”将风能转化为电能 【知识点3 设计、制作节能环保小屋】 1. 节能技术分类及应用： （1）能源供给类： （屋顶安装太阳能热水器、光伏板发电）；风能（小型风力发电机供电）。 （2）建筑节能类：外墙使用 材料（减少热量流失）；门窗安装隔热玻璃（夏天隔热、冬天保温）；夏季利用遮阳帘降低室温。 2. 设计要求： （1）标注关键尺寸（采用同一比例尺，如 1:100）； （2）明确标注节能技术与材料（如 “屋顶：太阳能板”“墙体：泡沫板”）； （3）兼顾功能需求（包含卧室、厨房、卫生间等基本空间，标注采光、通风口）。 3. 模型制作核心技术： （1）保温隔热技术： ①核心目标：减少小屋内外的热传递，保持室内温度稳定。 ②技术原理：控制热传递的三种方式（热传导、热对流、热辐射）。 ③材料选择：泡沫板、棉花等保温材料。 （2）新能源转化装置： ①核心目标：将太阳能转化为电能，为小屋提供照明。 ②技术原理：太阳能板→电能→LED 灯（能量转化路径）。 ③材料选择：小型太阳能板（5V）、LED 灯、导线、电池盒（备用电源）。 （3）采光与节水技术： ①采光技术：利用光的反射与折射增强自然采光，材料选择铝箔反光板、透明塑料膜。 ②节水技术：收集雨水用于模拟绿化浇灌，材料选择塑料瓶、导管、小水盆。 4. 制作步骤： （1）保温隔热结构制作：制作双层墙体（外层硬纸板 + 内层泡沫板，接缝用胶水密封）；用透明塑料膜制作窗户，边缘用胶带密封。 （2）新能源转化装置安装：连接电路（太阳能板正负极分别与 LED 灯正负极连接，胶带固定接口）；将太阳能板固定在屋顶，倾斜角度 30°-45°，面向光源；调试装置（对准阳光或台灯，观察 LED 灯是否亮起）。 （3）采光与节水装置安装：在小屋侧面安装透明塑料膜窗户，外侧下方安装倾斜 45° 的铝箔反光板；将裁剪底部的塑料瓶固定在屋顶边缘作为集雨槽，用导管连接至小水盆。 【例3】据统计，我省光伏发电输出创历史新高，光伏发电的核心部件是光电板。光电板吸收太阳能的多少是技术关键，它与什么因素有关？小明猜想光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的面积、光照时间、光电板的颜色有关。根据以上猜想，小明设计实验方案，进行了实验探究，实验数据记录如表所示： 序号 光电板的面积（m2） 光照时间（min） 光电板表面所涂颜色 LED灯发光时间（min） 1 0.1 10 黑色 30 2 0.1 20 黑色 60 3 0.3 10 黑色 90 4 0.3 10 白色 5 (1)该实验中光电板吸收太阳能的多少是通过 反映。 (2)由表中1、3两组数据，可初步得到的结论是 。由表中数据分析可知，制作太阳能光电板用 色较好。 (3)在安装光伏板时，需综合考虑地理位置、季节及光伏板类型等多重因素。季节变化亦需考虑，夏季可适当增大角度避免过热，冬季则可减小角度以充分吸收阳光。根据以上信息，请你提出一个可探究的科学问题： 。 【变式3-1】（2026•陕西西安·期末）某某新能源汽车是一款全新的环保无污染的国产电动汽车。这款车型设计了补电配置波系统，实现了超长的续航里程。补电配置系统利用的能源可能是（　　） A．汽油 B．太阳能 C．柴油 D．天然气 【变式3-2】】（2026•安徽安庆·期末）如图，屋顶光伏太阳能发电作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了广泛关注。若已知这种光伏太阳能板每平方米平均发电功率为150W，夏天的一天里可以发电约0.7度。则桉桉家屋顶安装50平方米发电板，一天的发电量可以让 　 　 kg的水上升60℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 模块三 课后作业 一、单选题(共?题) 1．（2026•广东广州·期末）下列四种发电方式中，利用太阳能发电的是（　　） A．光伏发电 B．地热能发电 C．核能发电 D．潮汐能发电 2．（2026•安徽合肥·期末）人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。对于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．现代生活离不开电，电能是一次能源 B．新能源的开发和利用技术难、成本高、无实用价值 C．风能、水能、太阳能等可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向 D．能量取之不尽，用之不竭，所以不用节约能源 3．（2026•江苏苏州·期末）节约资源和保护环境是我国的基本国策。下列叙述不符合节能环保要求的是（　　） A．重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品 B．短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用次数 C．公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于 D．手机充完电后，不必拔下充电器 4．如图是某地区使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，下列说法正确的是（    ） A．光电池板是将太阳能转化为化学能 B．照明灯工作时，LED灯是将内能转化为电能 C．利用风力发电时，机械能转化为电能 D．蓄电池放电时，蓄电池将化学能转化为光能 5．（2026•陕西西安雁塔区·期中）在共享单车的车筐底部覆盖着太阳能发电板，通过阳光给里面的蓄电池充电从而为GPS和通信模块供电。在太阳能发电板和蓄电池的电路中，下列说法不正确的是（　　） A．太阳能发电板是电源 B．蓄电池充电时的能量转化是化学能转化成电能 C．太阳能发电板的能量转化是太阳能转化成电能 D．蓄电池充电时属于用电器 6．（2025•甘肃·中考真题）2025年5月17日，朱雀二号改进型遥二运载火箭成功将6颗卫星送入预定轨道。关于卫星发射和运行过程，下列说法正确的是（　　） A．火箭加速升空过程中，卫星的动能转化为重力势能 B．箭星分离前，以火箭为参照物，卫星是运动的 C．卫星上太阳能电池板的作用是将电能转化为机械能 D．卫星依靠电磁波来实现星地实时数据传输 二、填空题 7．（2026•山东泰安·月考）如图所示是一种汽车装饰品一小盆景，花盆表面有一个太阳能电池板，塑料小花在阳光下能不断摇摆，请你猜测花盆里还有一个重要的装置是　 　 （选填“发电机”或“电动机”）。 8．太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为各类太空飞行器提供能源的装置，电池板是把太阳能转化成 （填“一次”或“二次”）能源—电能；我国最新建成的“华龙一号”核电站采用的核反应方式与太阳内部的核反应是 （填“相同”或“不相同”）的，该反应用到的核原料属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现碳中和目标。 9．为有效地减少环境污染，科学家研制了利用太阳能来驱动的太阳能汽车，真正实现了零排放。某太阳能汽车如图所示，该太阳能汽车行驶时将太阳能最终转化成　 　 能。若该太阳能汽车在接收到4×106J的太阳能后，能匀速行驶2km的路程，且该太阳能汽车在行驶过程中受到的阻力为300N，则该太阳能汽车利用太阳能来驱动的效率为　 　 。 10．（2026•四川绵阳·期末）某太阳能热水器装有100kg、初温为20℃的冷水，经过一天的太阳照射，水温升高到60℃，则水吸收的热量为　 J，这些热量相当于完全燃烧　 　 m3天然气所放出的热量。假如用功率为2kW的电热水器产生同样多的热量，则通电的时间为　 s．[已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）、天然气的热值为4.2×107J/m3]。 11．（2026•河南信阳·期末）为节能减排，实现“绿水青山就是金山银山”，平原县街头安装了一款太阳能路灯，每盏灯功率30W，每天工作10小时。若太阳能辐射功率1kW/m2，太阳能电池板光电转化效率30%，平均每天有效光照时间5小时。若正常太阳照射一天可以保证路灯能够连续正常工作3天（不计蓄电池充放电时的能量损失），则每盏路灯配备的太阳能电池板面积至少为　 　 m2，蓄电池的容量至少为　 J。 12．（2026•湖北鄂州·期中）如今太阳能是重点开发利用的能源之一，某家庭太阳能热水器如图所示，其有效接收太阳能的面积为2m2，若每平方米每小时平均接收太阳能为2.5×106J，每天日晒8h，可以使80kg的水温度从20℃升高到70℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），在上述过程中太阳能热水器内的水吸收的热量为　 J，该太阳能热水器日晒8h共接收到的太阳能是　 J，该太阳能热水器的效率是　 　 。 13．（2026•湖南郴州·期末）有一种可移动太阳能水上漂浮房，在屋顶安装了太阳能电池板，能为该房供应热水和在水上移动提供能量。该电池板在太阳下工作5min，吸收太阳能的功率为8.4×103W，则吸收的太阳能是 　 J；若太阳能电池板将太阳能转化成电能，转化效率为20%，若转化的电能可全部用来给水加热，可以让10kg、初温为20℃的水温度升高 　 　 ℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 14．（2026•江苏南京·期末）如图是风光互补路灯系统，安装风力发电机和太阳能电池板，分别利用风能和太阳能发电并将电能储存至蓄电池中，供路灯使用。某型号的风光互补路灯参数如下： 风力发电额定输出功率 路灯额定电压 路灯额定功率 太阳能电池板转换效率 200W 24V 48W 20% （1）路灯的额定电流为 　 　 A，路灯正常发光时的电阻为 　 　 Ω。 （2）若仅有风力发电机在额定输出功率下工作10h，同时路灯也正常工作，还可供蓄电池储存的电能为 　 　 kW•h。 （3）如果太阳光照射到地面时单位面积上的辐射功率为800J/（s•m2），若电池板的面积为0.9m2，则太阳能电池板平均输出功率为 　 　 W。无风的晴天，光照5h，太阳能电池板产生的电能最多能提供照明 　 　 h。 15．（2026•江苏苏州·期末）正午，小明对水面获取太阳的能量情况进行研究，他将装有400g水的盘子放在室外平台上，经阳光照射10min，水温升高了2.5℃。不计水的蒸发[水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）]。 （1）该过程水吸收的热量是多少？ （2）若照射到盘中水面上太阳能的功率为25W，水获取太阳能的效率是多大？ 16．（2026•贵州贵阳·期末）如图中是某太阳能热水器，向其中注入50kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃．水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）。 试求：（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？ （2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少m3的天然气；（天然气的热值为8.4×107J/m3，天然气完全燃烧放出的热量全部给水吸收） 17．（2026•江苏淮安·中考真题）为贯彻新发展理念，我国大力发展太阳能产业。如图甲所示为公共设施中的太阳能路灯，实践小组查阅有关资料，得知此款太阳能路灯的相关参数如下表所示。 主要电学元件 铭牌技术参数 太阳能电池板 最大发电功率/W 80 蓄电池 额定容量/（A•h） 40 额定电压/V 12 LED灯具 额定功率/W 30 额定电压/V 12 （1）请根据以上信息求：①该LED灯具正常发光时的电流；②太阳能电池板以最大发电功率工作1.5h向蓄电池提供的电能。 （2）请在图乙中设计符合以下要求的电路：通过一个光敏单刀双掷开关，实现白天太阳能电池板给蓄电池充电、夜晚蓄电池给LED灯具提供电能照明。（太阳能电池板符号为“”，LED灯具符号可用“”替代，光敏单刀双掷开关符号为“”） （3）结合题中信息，针对太阳能路灯的组成与整体结构、推广价值、创新设想等方面，表达自己的观点并简要说明理由： ①　 　 ； ②　 　 ； ③　 　 。 第 1 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