跨學(xué)科實踐：為節(jié)約能源設(shè)計方案第3節(jié)第二十二章能源與可持續(xù)發(fā)展1通過調(diào)查家庭能源使用情況，培養(yǎng)數(shù)據(jù)收集與分析能力。2運(yùn)用物理知識解決實際問題，提升能源節(jié)約意識。3結(jié)合工程技術(shù)思維，設(shè)計可行的節(jié)能方案。4培養(yǎng)團(tuán)隊合作與科學(xué)表達(dá)能力。學(xué)習(xí)目標(biāo)想一想：如果有一天，家里突然停水停電，空調(diào)、電視、熱水器全部“罷工”，會是什么感覺？我們每天使用的電、天然氣等這些能源，就像藏在地球媽媽口袋里的寶貝，并不是取之不盡、用之不竭的。情景引入生活中，能源浪費(fèi)現(xiàn)象隨處可見。家庭生活中，我們該怎樣節(jié)約能源呢？一、項目準(zhǔn)備調(diào)查家中能源的使用情況1.調(diào)查家庭一年內(nèi)電力、燃?xì)狻⑵偷氖褂脭?shù)據(jù)。2.填寫能源消耗統(tǒng)計表。能源用途采暖做飯生活熱水制冷其他電器交通能源名稱天然氣電汽油電能源類型

消耗量(年)

合作探究3.分析家庭能源使用的潛在浪費(fèi)點，填寫下表。能源名稱天然氣電汽油浪費(fèi)點

二、項目實施選取優(yōu)化對象與改進(jìn)方法1.根據(jù)調(diào)查結(jié)果，選擇2個重點優(yōu)化對象(如房屋保溫、家庭用車等)。2.研究可能的改進(jìn)方法(技術(shù)改進(jìn)、行為改變、設(shè)備更新等)。3.初步評估各方案的可行性、成本與預(yù)期效果。合作探究方案一為房屋保溫設(shè)計方案1.參考教材第201~203頁，設(shè)計墻體保溫層。2.參考以下方案制訂過程：(1)分析房屋保溫性能(門窗密封性、墻體材料等)；(2)設(shè)計改善方案(如增加窗簾、門窗密封條保溫等)；(3)計算預(yù)期節(jié)能效果。3.制作模型，測試不同保溫措施的保溫效果，記錄溫度變化數(shù)據(jù)，比較不同方案的優(yōu)劣。方案二為家庭用車提供建議參考教材第204頁，分析家庭車輛使用情況，提出節(jié)能用車建議。1.駕駛方式：計算不同駕駛方式(如平穩(wěn)加速、合理胎壓等)下的燃油經(jīng)濟(jì)性。2.汽車消耗能源種類是否進(jìn)行改進(jìn)(如新能源代替燃油)。三、展示交流1.小組進(jìn)行展示交流，交流過程中要闡述設(shè)計理念和技術(shù)要點。2.參考評價標(biāo)準(zhǔn)：評價維度評價指標(biāo)分值得分調(diào)查科學(xué)性數(shù)據(jù)收集全面準(zhǔn)確，記錄規(guī)范10

分析方法合理，結(jié)論可信10

方案創(chuàng)新性解決方案具有創(chuàng)造性10

結(jié)合多種節(jié)能方法10

合作探究物理應(yīng)用正確運(yùn)用相關(guān)物理原理10

計算過程準(zhǔn)確完整10

可行性考慮實際條件限制10

成本效益分析合理10

展示效果表達(dá)清晰，材料美觀10

回答問題準(zhǔn)確10

附加分：實際實施并驗證效果(＋5)提出超出預(yù)期的創(chuàng)新方案(＋5)

總體得分

你還有更好的設(shè)計方案嗎？請課后查閱資料，設(shè)計節(jié)能方案。四、課后延伸合作探究(2025·深圳模擬)深圳位于北回歸線以南，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，日照充足。結(jié)合深圳氣候特點，某學(xué)習(xí)小組開展了“設(shè)計隔熱節(jié)能房屋”跨學(xué)科實踐活動?！净顒幽康摹繌哪芰哭D(zhuǎn)化的角度出發(fā)，探討利用可再生能源的途徑和方法，完成隔熱節(jié)能房屋的設(shè)計?！净顒臃桨浮?一)結(jié)合材料學(xué)等學(xué)科知識，為房屋選擇合適的隔熱材料；(二)結(jié)合地理學(xué)等學(xué)科知識，測算太陽能電池板的面積；(三)結(jié)合工程和技術(shù)操作，研究節(jié)能熱水器。當(dāng)堂檢測【實施過程】(一)選取房屋的“隔熱材料”(1)學(xué)習(xí)小組為了比較材料的隔熱性能，找到厚度相等的三種材料，制成大小、形狀和結(jié)構(gòu)均相同的房屋模型。用白熾燈光模擬太陽光，房屋位置如圖甲所示，將溫度傳感器分別放在房屋模型

(選填“內(nèi)”或“外”)部的相同位置。閉合白熾燈開關(guān)，每隔1分鐘，同時測量三個房屋模型的溫度。

內(nèi)解析比較房屋材料的隔熱性能，要把傳感器分別放在房屋模型內(nèi)部相同位置；(2)甲圖中三個小屋的擺放位置不合理，原因是：____________________________________________。

三個房屋與白熾燈的距離不同，光照強(qiáng)度不同解析比較房屋材料的隔熱性能，要保持光源到三個房屋的距離相同，光照強(qiáng)度相同；(3)優(yōu)化實驗方案后進(jìn)行實驗，溫度傳感器的示數(shù)變化情況如圖乙所示。根據(jù)圖像分析，學(xué)習(xí)小組應(yīng)選擇________做房屋的隔熱材料。

泡沫板解析由圖乙可知，在光照強(qiáng)度和光照時間相同時，泡沫板材料房屋內(nèi)溫度上升得最少，故應(yīng)選擇泡沫板做房屋的隔熱材料；(二)測算太陽能電池板的面積(4)學(xué)習(xí)小組計劃在房屋屋頂安裝太陽能電池板給房屋供電。安裝在屋頂?shù)奶柲茈姵匕宄戏胖茫@樣有利于獲取

。

太陽能解析電池板朝南光照時間和強(qiáng)度都更理想，更有利于獲得太陽能；(5)深圳某天1m2的太陽能電池板發(fā)電量為0.8kW·h，若當(dāng)天家庭用電量為16kW·h，為了滿足用電需求，太陽能電池板的面積至少為

m2。

20

(三)研究節(jié)能熱水器學(xué)習(xí)小組了解到有一款空氣能熱水器，其工作原理如圖丙所示。液態(tài)工作介質(zhì)經(jīng)過蒸發(fā)器，吸收室外熱空氣中的熱量后，蒸發(fā)成氣態(tài)，進(jìn)入壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，形成高溫高壓的氣體，進(jìn)入水箱中的冷凝管，釋放熱量后，變成液態(tài)，經(jīng)過儲液罐、過濾器、膨脹閥，再次回到蒸發(fā)器，開始下一個循環(huán)。當(dāng)室外溫度低或需要快速制熱時，熱水器還需要用水箱中輔熱器的電阻絲加熱，從而縮短加熱時間。學(xué)習(xí)小組把水從冷凝管吸收的熱量與工作介質(zhì)循環(huán)所消耗電能(不含輔熱器消耗電能)的比值記為D。(6)壓縮機(jī)通過

(選填“做功”或“熱傳遞”)的方式改變工作介質(zhì)的內(nèi)能；高溫高壓的氣體通過冷凝管后內(nèi)能變

。

做功小解析壓縮機(jī)通過做功的方式改變工作介質(zhì)的內(nèi)能，高溫高壓的氣體通過冷凝管后液化，放出熱量，溫度降低內(nèi)能變??；(7)在某一環(huán)境溫度下，在空氣能熱水器水箱中裝入200kg初溫為20℃的水，關(guān)閉其他用電器，記錄電能表的示數(shù)為932.2kW·h，啟動空氣能熱水器(輔熱器不工作)，2h后，水溫達(dá)到50℃，電能表的示數(shù)如圖丁所示。此過程中，水吸收的熱量為

J，空氣能熱水器的電功率P為

W，則該空氣能熱水器的D值為

。[水的比熱容取4.2×103J/(kg·℃)]

2.52×1077005

(8)學(xué)習(xí)小組為了將題(7)中的加熱時間縮短至80min，需要啟動水箱中的輔熱器加熱。若D值和電功率P(不含輔熱器的電功率)均不變，輔熱器兩端的電壓是220V，加熱效率是87.5%，則該輔熱器中電阻絲的阻值為

Ω。

24.2

【交流與評價】(9)學(xué)習(xí)小組根據(jù)上述活動方案完成了“隔熱節(jié)能房屋”的設(shè)計，請根據(jù)以下評價量表選擇一個維度對該設(shè)計進(jìn)行評價：

。(需說明理由)

見解析評價維度合格不合格節(jié)能情況能省電不能省電穩(wěn)定性供能穩(wěn)定供能不穩(wěn)定解析節(jié)能情況：能省電能，在房屋屋頂安裝太陽能電池板，電池板的面積設(shè)計合理可以滿足家庭用電的需要，安裝空氣能熱水器，也能大大降