人教版（2024）九年级全册（2024）第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案课文ppt课件

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1. 项目提出2. 项目分析3. 项目实施4. 展示交流5. 课堂总结6. 提升训练
第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
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。
制订优化自己家庭能源使用的具体方案，首先应该了解家庭使用能源的具体情况，然后有针对性地提出优化方案，分析它的有效性和可行性，并与他人交流讨论，对方案进行改进。要调查该项目涉及的能源使用情况，如家庭用电情况、天然气使用情况、汽车燃油使用情况等。这些数据可分别通过电力公司、燃气公司等的官网查询，或者通过缴费记录进行估算得出。收集数据进行分析，为后续的方案设计提供依据。
三、项目实施
任务1：调查家中能源的使用情况
【想一想】你的家里冬季供暖主要使用什么能源？如何估算供暖能源一个月的消耗量？请把调查结果填入下表中，并利用温度计测量家中早晚的温度。在家长的帮助下，了解自己家的供暖方式，通过上网或燃气表、电能表、账单等查询并估算供暖能耗情况。请一名学生展示自己家的供暖方式及能耗调查情况。
下面以家庭供暖方式及能耗情况进行调查与分析
表一 家庭供暖方式及能耗调查表
【学生展示交流】采用空调进行供暖，主要使用电能。根据生活经验和用电账单可知，每年12月至次年2月需要供暖，3个月用电2068 kW·h，平均每月用电689kW·h。计算得一个月电费约为433元。
【想一想】这些电能全部用于供暖吗？【分析】这些电能不是全部用于供暖。供暖的电能应减去每月家庭的基本用电，可由不供暖也不制冷的月份的用电量估算得出每月的基本用电。 由图可知，用3、5、6、10、11月进行估算比较准确。 这五个月共用电782 kW·h，一个月基本用电156kW·h，基本电费为76元。由此可计算出月供暖需消耗约533 kW·h电能：月供暖需花费约433元-76元=357元。
表二 某个家庭的能源使用情况
表二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。
结合调查结果，思考如何选取优化对象，确定改进方法。1. 分析家中哪些方面的能源使用可以优化，哪些需要优先改进？2. 你想用哪些方法优化能源使用？3. 在确定节能方法时，需要从哪些角度分析？
任务2：选取优化对象与确定改进方法
分组调查家庭不同供暖方式的能效及能耗情况，并讨论交流。（1）有的同学会想到改进供暖方式，那么通过哪种方式为家庭供暖更经济节约呢？（2）还有同学会提出为房屋加装保温层以减少热量损失的方案。这两种改进方法该如何选取呢？要先搞清楚不同供暖方式的能效和能耗情况，再从成本、难度等方面对“改变供暖方式”和“为房屋加装保温层”两种改进方法进行对比分析，因此需要设计相关调查活动，为方案的选取提供证据支持。
分析家庭不同供暖方式的能效及能耗情况。【想一想】你调查的供暖方式能效及能耗情况如何？该供暖方式有哪些优点和缺点?【学生】进行分组展示。小组1：空调供暖空调通过热泵技术将室外的热转移到室内，而非直接将电能转化为内能。变频空调的能效比可达5，即热泵工作时，消耗1kW·h电能可产生1.8×107J（对应5kW·h）的热量。例如，一台1.5匹变频空调制热功率约1 250W，但lh产生的热量约为1.8×107J 。优点：长时间运行更省电，适合大面积房间整体升温。缺点：低温环境下（如低于-5℃），热泵效率下降，需开启电辅热（额外耗电），能效显著降低。
小组2：电暖器供暖电暖器（如油汀、暖风机）通过电阻丝或导热油直接将电能转化为内能，能效比为1:1。例如，一台2000W的电暖器，lh耗电量为2kW·h ，产生的热量为7.2×106J 。优点：局部快速加热，适合小空间或短时间使用。缺点：长时间使用耗电量高，且温度分布不均。
【总结】（1）空调：初期安装成本较高，但能效比优势显著，适合长时间、大面积取暖。例如，一台1.5匹变频空调运行10h耗电约12.5kW·h ，产生的热量约为1.8×108J，电费约为6.25元【按0.5元/（kW·h）计算】。（2）电暖器：设备价格低，适合小空间或短时间局部加热，持续使用电费高。例如，一台2000W的电暖器使用10h，产生热量为7.2×107J，电费可达10元【按0.5元/（kW·h）计算】。（3）地暖或暖气片：低温地区，避免依赖空调的电辅热。
任务3：制订与检验设计方案
方案一：为房屋加装保温层
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。这组同学制订方案的过程如下所示。（1）明确思路。热量能够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。
（2）选取材料日常生活中的许多材料都可以用来保温，材料的保温性能与哪些因素有关？当为房屋选择保温材料时，还需要从哪些方面考虑？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。
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（下表）。如果你还有其他想法，可以补充到下表中，然后从中选出一两种材料作进一步的比较分析。通过评估分析，我们选择的材料为XPS挤塑板和岩棉板。选择XPS挤塑板的依据是它的热导率低、需要的厚度小，且兼具防水性，适合多数气候条件。而岩棉板虽然在费用、 厚度方面不占优势，但防火性能非常好，尤其适用于高层住宅。
经比较，选择的材料为XPS挤塑板和岩棉板
（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。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。
（4）制作模型与测试为了检验保温效果，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。
方案二：为家庭用车提供建议
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。他们准备按照以下思路开展调查和论证，提出相应的建议，并形成报告。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. 与传统燃油汽车相比，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?从能源安全的角度看，使用新能源汽车的意义是什么?
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?（1）纯电动汽车（BEV）特点：完全依靠电池驱动电动机，不搭载内燃机，零排放。优点：环保、运行成本低、噪音小。缺点：续航里程受限、充电时间长、充电设施依赖性强。
（2）插电式混合动力汽车（PHEV）特点：可外接充电，电池容量较大，支持较长纯电续航里程，电池耗尽后切换为混合动力模式。优点：兼顾纯电和燃油动力，适合短途纯电驾驶和长途燃油驾驶。缺点：成本较高，电池重量增加。
（3）增程式电动汽车（EREV/REEV）特点：电动机驱动车辆，内燃机仅作为发电机为电池充电，不直接驱动车轮。优点：续航能力强、驾驶体验平顺、无续航焦虑。缺点：内燃机效率受限，结构复杂。
2. 与传统燃油汽车相比，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?例如，纯电动汽车充电时间相对较长，温度对电池电量的影响较大，需要了解家中成员一般每天用车行驶的路程，所在地区的气候以及充电桩的分布情况，等等。推断当前纯电动汽车能否满足大部分需求，或能够满足哪些地域、场景的需求。
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?从能源安全的角度看，使用新能源汽车的意义是什么?从能源安全的角度看，发展新能源汽车有助于减少对进口石油的依赖，保障国家能源供应稳定。例如，中国石油对外依存度较高，交通运输领域消耗的原油比例大，推广新能源汽车能优化能源结构，降低因国际局势波动带来的能源风险。‌同时，新能源汽车与可再生能源结合，可提升能源利用效率，推动能源多元化发展。
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？
为房屋加装保温层设计方案评价表示例
五、课堂总结
制订出一个优化家庭能源使用的具体方案.①了解家庭使用能源的具体情况.②有针对性地提出优化方案.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.归纳出一些具体的家庭能源使用的优化方法.

六、课堂练习
1．近年来我国新能源汽车技术飞速发展。下列说法正确的是（　　）A．锂电池储存的电能是一次能源B．电动汽车利用充电桩充电，电动汽车是用电器C．新能源汽车的动能回收过程是电能转化为机械能D．电动汽车人工智能系统所使用的芯片主要由超导材料制成
【解析】A．电能需要消耗一次能源才能得到，是二次能源，锂电池储存的电能是二次能源，故A错误；B．电动汽车利用充电桩充电时，需要消耗电能，电动汽车是用电器，故B正确；C．新能源汽车减速时会对动能进行回收，动能回收过程是机械能转化为电能，故C错误；D．电动汽车人工智能系统所使用的芯片主要由半导材料制成，半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，故D错误。故选B。
2．小芳家有白炽灯、电风扇、空调各一个，三个电器的额定电压、额定功率值如表所示。它们都正常工作，下列选项中正确的是（ ）A．三个用电器的电功率一样大B．通过白炽灯的电流大于通过空调的电流C．在一个月内，空调的用电费用一定比白炽灯的用电费用多D．相同时间内，电流通过白炽灯时产生的热量比电流通过电风扇时产生的热量多
【解析】A. 正常工作时用电器的功率等于其额定功率，由表格数据知 P白炽灯=P电风扇