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第二十二章 能源与可持续发展
第3节
跨学科实践：为节约能源设计方案
素养目标
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。
情境导入
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？
为节约能源设计方案，我们从优化自己家中能源的使用入手。
新知探究
任务一 调查家中能源的使用情况
1. 家庭中都使用了哪些能源，用于哪些方面
2. 如何收集家庭能源消耗数据
3. 分析家庭能源使用数据，找出能源浪费的环节？
调查家中能源的用途、类型，估算这些能源消耗量。
新知探究
能源用途 采暖 做饭 生活热水 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） 200m3 1000kW·h 500L
学生家庭能源使用情况表1
任务一 调查家中能源的使用情况
新知探究
能源用途 采暖 做饭 制冷 其他电器 交通 生活热水
能源名称 电 太阳能
能源类型 约70%来自不可再生能源，约30%来自可再生能源 可再生能源
消耗量（年） 5000kW·h -
学生家庭能源使用情况表2
任务一 调查家中能源的使用情况
新知探究
存在的能源浪费情况
电器待机耗能：电器在不使用时仍插着电源，处于待机状态，消耗电能。
任务一 调查家中能源的使用情况
新知探究
不合理使用交通工具：短距离出行也使用高耗能的私家车，而不是步行、骑自行车或乘坐公共交通工具。
过度使用电器：房间无人，长时间开灯、开空调或暖气。
任务一 调查家中能源的使用情况
新知探究
任务二 选取优化对象与确定改进方法
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？
结合调查结果，思考如何选取优化对象，确定改进方法。
新知探究
选取优化对象
交通
采暖
制冷
任务二 选取优化对象与确定改进方法
新知探究
优化能源使用方法
使用太阳能等新能源
提高能源使用效率
优化使用行为
任务二 选取优化对象与确定改进方法
新知探究
提出节能方法
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 调低设定温度
制冷 屋顶安装太阳能电池板 换高能效空调，安装遮阳帘 调高设定温度，减少空调开启时间
交通 更换新能源车 - 骑自行车，乘坐公共交通
从哪些角度分析可行性
是否节约能源
能否满足人们使用需要
任务二 选取优化对象与确定改进方法
新知探究
任务三 制订与检验设计方案
方案一：为房屋加装保温层
（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。
新知探究
（2）选取材料
材料的保温性能与哪些因素有关？
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。
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
材料 热导率/[W·（m·℃）-1] 材料 热导率/[W·（m·℃）-1]
铝 236 硬泡沫塑料 0.041～0.048
普通玻璃 约0.8 聚苯乙烯 约0.04
锯木屑 约0.08 岩棉 约0.04
棉花 约0.05 空气 约0.03
一些常见材料的热导率
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
材料 热导率 /[W·（m·℃）-1] 参考厚度 /cm 成本 /[元·m-2] 施工费用 /[元·m-2] 燃烧性能 其他特性
EPS泡沫板 0.035～0.040 5～10 70～90 35～50 B2级 （可燃） 轻便易安装，但易变形
XPS挤塑板 0.028～0.030 3～5 90～110 40～60 B1级 （难燃） 高抗压，防水性好
岩板棉 0.035～0.040 5～8 130～150 65～80 A级 （不燃） 防火优，但吸湿性高
聚氨酯泡沫 0.020～0.025 2～4 140～180 70～90 B1/B2级 密封性好，但施工复杂
对不同材料的评估
经比较，可选XPS挤塑板
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
视频 房屋内保温材料的选择
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
（3）确定方案
①在房间的哪些部位安装保温材料
②保温材料的规格、尺寸应满足什么要求
③门窗应该怎样进行保温处理
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
安装位置 安装尺寸 所需材料 处理方式 备注
外墙1 475×300 XPS挤塑板 用胶黏剂固定 保温材料外层刷防潮腻子
外墙2 475×300 XPS挤塑板 用胶黏剂固定 窗户1 167×193 安装胶条、玻璃贴膜 密封、粘贴 窗户2 167×193 安装胶条、玻璃贴膜 密封、粘贴 入户门 84×216 门帘 外挂 房屋保温设计方案
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
（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。
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
方案二：为家庭用车提供建议
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
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
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。
纯电动汽车（BEV）
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
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。
插电式混合动力汽车（PHEV）
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
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。
增程式电动汽车（EREV/REEV）
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
在温度适宜的地区，充电便捷的条件下，城市内采用纯电动汽车，可以满足家庭基本用车需求。
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
我国的石油高度依赖进口，从能源安全角度，国家大力开发新能源汽车，使国家在能源供应上更自主。
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
任务三 制订与检验设计方案
新知探究
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。
讨论交流
任务四 展示交流
跨学科实践：
为节约能源设计方案
展示交流
调查家中能源的使用情况
课堂小结
选取优化对象与确定改进方法
制订与检验设计方案
如图所示为太阳能供电系统的示意图，白天利用太阳能发电给用户端和储能系统供电，夜间储能系统自动给用户端供电。该系统利用化学电池即蓄电池储存电能，则白天蓄电池中发生的能量转化是_______________________。
课堂练习
电能转化为化学能

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