22.3 跨学科实践：为节约能源设计方案 课件+素材 2025-2026学年人教版物理九年级全一册

跨学科实践：为节约能源设计方案九年级全册第二十章第3节与源能可持续发展目标展示跨学科实践：为节约能源设计方案物理观念经历为节约能源设计方案的过程，能应用所学热学、能量等知识，从节能环保的角度优化家庭能源的使用。科学思维在实践活动中，尝试运用能源相关知识分析家庭能源利用的情况，对家庭能源利用优化方案的有效性和可行性提出自己的见解，具有质疑创新的意识，培养科学论证能力。科学探究在为节约能源设计方案的过程中，收集信息、分析问题、提出设想，能表述自己的观点，与他人协作完成方案设计，能自我反思和听取他人意见，具有与他人合作的能力。科学态度与责任在方案设计、讨论交流和展示活动中，提高合作学习能力，既坚持原则，又能与他人分享、合作，具有保护环境、节约能源、促进可持续发展的责任感。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。白天开着灯能源使用对环境的污染项目分析项目分析调查了解家庭使用能源的具体情况设计有针对性地提出优化方案检验分析方案的有效性和可行性改进与他人交流讨论，对方案进行改进项目实施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。能源用途采暖做饭生活用水制冷其他电器交通能源名称天然气电汽油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）200m31000kW·h500L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太低热水器反复加热……过度依赖私家车项目实施1.调查家中能源的使用情况根据调查情况，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：南方家庭夏天制冷对电能的消耗量北方家庭冬天取暖对天然气或煤炭的消耗量生活热水对电能和天然气的消耗量交通工具对汽油或电能的消耗量项目实施2.选取优化对象与确定改进方法

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。取暖制冷交通项目实施2.选取优化对象与确定改进方法

优化能源使用的方法不止一种：在家中使用太阳能等新能源；利用技术手段来提高现有能源的使用效率；优化家庭用车等行为来节约能源、减少浪费；……住宅加装太阳能电池板换用能效更高的电器乘坐公共交通用工具换用新能源汽车项目实施2.选取优化对象与确定改进方法

在确定节能方法时，需要从哪些角度分析？优化的方面优化方法使用新能源提高能源使用效率优化使用行为采暖安装太阳能采暖系统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更换新能源车使用排量小的汽车使用涡轮增压技术乘坐公交车、骑自行车项目实施2.选取优化对象与确定改进方法

应该收集哪些证据？怎么分析？优化办法分析角度是否节约能源是否满足使用需求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项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（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？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。项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（2）材料选取。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。岩棉板聚乙烯泡沫板项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（2）材料选取。表22.3-2一些常见材料的热导率材料热导率/[W·(m·℃)-1]材料热导率/[W·(m·℃)-1]铝236棉花约0.05玻璃约0.8岩棉约0.04锯木屑约0.08空气约0.03聚苯乙烯泡沫板约0.032铝箔橡塑棉约0.034挤塑聚苯乙烯板约0.028发泡聚氨酯约0.02项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（2）材料选取。在为房屋选择保温材料时，除了材料的热导率，还要从哪些方面进行评估。表22.3-3对不同材料的评估材料热导率/[W·(m·℃)-1]环保性价格耐火性易安装程度铝箔橡塑棉约0.034聚苯乙烯泡沫板约0.032挤塑聚苯乙烯板约0.028项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（2）材料选取——环保性橡塑材料本身无毒，铝箔层在常温下也不会释放有害物质。常温下无毒，接触明火或高温（如80℃以上）会释放苯乙烯等有毒气体。常温下稳定无毒，300℃以上分解产生苯系物、一氧化碳等有害气体。项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（2）材料选取——耐火性项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（2）材料选取——易安装程度要使用专用胶水粘合易切割，硬度偏软，安装容易密度更小、硬度更高、易安装项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（2）材料选取——评估结果表22.3-3对不同材料的评估材料热导率/[W·(m·℃)-1]环保性价格耐火性易安装程度铝箔橡塑棉约0.034聚苯乙烯泡沫板约0.032挤塑聚苯乙烯板约0.028项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（3）确定方案。在选定了保温材料后，先在小组内讨论设计方案。安装位置安装尺寸所需材料处理方式备注外墙1外墙2窗户1窗户2入户门……项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（4）制作模型与测试组件模拟方案科学依据墙体30cm×30cm×30cm纸箱(2个，方便比较)易获取、可安装保温层门窗纸箱开孔(5cm×5cm)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……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。项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（4）制作模型与测试安装保温材料项目实施3.制订与检验设计方案——①为房屋加装保温层（4）制作模型与测试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，比较冰块质量的变化。检验保温效果结果：安装保温材料可以对“家”起到保温效果，减少热量散失，从而节约能源。项目实施3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议（1）目前都有哪些种类的新能源汽车?新能源汽车种类工作原理纯电动汽车（BEV）由可充电电池提供全部驱动能量，电机直驱，无内燃机，零尾气排放。插电式混合动力汽车（PHEV）可外接充电，电池容量更大，纯电续航50-200km，支持纯电、混动、发动机直驱等多模式切换。增程式电动汽车（REEV）电机是唯一驱动单元，“增程器”（小排量内燃机）仅在电池亏电时发电，不参与驱动。燃料电池汽车（FCEV）以氢气为燃料，通过燃料电池堆的电化学反应产生电能驱动电机，排放物仅为水。项目实施3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议新能源汽车一般使用电能、氢能等，燃油汽车使用汽油、柴油。根据前面学过的知识，想想如何比较两类汽车的能耗。指标某纯电动汽车某燃油汽车对比结果百公里能耗14.5kW·h(城市)18kW·h(高速)7.5L汽油(约50元)电费成本低80%碳排放(行驶15万公里)约30吨约43吨纯电动减排30%关键影响因素电力来源(煤电vs风电)、空调能效发动机热效率(约40%)电网越清洁，纯电动优势越大项目实施3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议（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？场景核心问题用户影响推荐地区低温环境﹣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至标称值50%华南、华东沿海（年均温15~25℃），电网覆盖完善（如浙江、广东等）的地区。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续航缩水35%，充电耗时增加72分钟长途高速120km/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2万公里时，成本接近小排量燃油车项目实施3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议（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？项目实施3.制订与检验设计方案——②为家庭用车提供建议（2）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?能源安全与资源短缺。我国的石油高度依赖进口，新能源汽车的发展能减少对石油等化石能源的依赖，缓解能源危机。技术创新与产业升级。新能源汽车技术（如电池、电机、电控系统）的突破推动了产业链升级。例如，三元锂电池和磷酸铁锂电池的改进提升了续航能力，氢燃料电池则被视为未来方向。‌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？展示交流归纳出一些具体的家庭能源使用的优化方法。优化方向措施房屋保温①外墙/屋顶加装5cm厚的聚苯板②门窗密封处理+双层玻璃交通能源燃油车→纯电动车（年行驶1.5万公里）热水与用电安装太阳能热水器+屋顶光伏（满足20%家庭用电）行为优化夏季空调调高1℃，冬季暖气调低2℃课堂小结跨学科实践：为节约能源设计方案项目提出制订出一个优化家庭能源使用的具体方案项目分析调查→设计→检验→改进项目实施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展示交流举办辩论会、制作展板、举办论坛等；归纳出一些具体的家庭能源使用的优化方法达标检测1.请估算，如果你的家庭按照设计方案优化中的一项：“夏季空调调高1℃，冬季空调调低2℃。”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?解析：

空调制冷时温度调高1℃，制热时温度调低2℃，均可省电10%以上。以家里一台功率为1.1kW的空调，夏天和冬天共使用6个月，每天使用8h计算，节约的电能约为：W=Pt=1.1kW×10%×8h×30×6≈160kW·h。全国拥有空调约7.5亿台，每年可节约电能W总=nW=7.5×108×160kW·h=1.2×1011kW·h