资源简介

(共24张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：22.3 跨学科实践 —— 为节约能源设计方案
副标题：融合多学科智慧 共创节能生活
幻灯片 2：实践背景与意义
能源现状呼唤节能行动：当前全球能源需求持续增长，化石能源过度消耗带来环境污染、气候变化等严峻问题。我国能源利用效率虽不断提升，但单位 GDP 能耗仍高于世界平均水平，节能潜力巨大。节约能源是实现 “双碳” 目标、保障能源安全、推动可持续发展的必然要求。
跨学科实践的价值：节能方案设计需融合物理学（能源转化与效率）、化学（能源燃烧与污染）、生物学（生态保护与能源关系）、工程学（设备优化与改造）、社会学（行为引导与政策制定）等多学科知识，通过跨学科实践培养综合分析、创新思维和解决实际问题的能力。
实践目标：针对家庭、校园或社区场景，识别能源浪费问题，运用多学科知识设计科学可行的节能方案，量化节能效果，提出推广策略。
幻灯片 3：节能方案设计原则
科学性原则：基于能源转化规律和设备工作原理，确保方案在技术上可行。例如，根据热力学原理选择保温性能好的材料减少热量损失，依据电学知识优化电路布局降低线损。
经济性原则：方案实施成本与节能效益相匹配，优先选择低成本、高回报的措施。如更换节能灯具虽有初始投入，但短期内可通过电费节省收回成本；避免盲目追求高端设备导致投入过大。
实用性原则：方案贴合实际场景和用户习惯，操作简单易行。例如，校园节能方案需考虑学生行为特点，社区方案要适应居民生活规律，避免因操作复杂导致方案难以落地。
系统性原则：从能源生产、输送、消费全链条分析问题，兼顾短期节能与长期规划。如不仅关注终端用能设备节能，还考虑可再生能源替代等源头优化措施。
幻灯片 4：家庭场景节能方案设计
用电节能措施：
照明优化：将传统白炽灯更换为 LED 节能灯，节能率达 70% 以上；安装智能光控开关，在楼道、卫生间等区域实现人来灯亮、人走灯灭；合理利用自然光，减少白天开灯时间。
家电节能：选用一级能效的冰箱、空调、洗衣机等家电，冰箱避免频繁开门和过度塞满，空调设置夏季不低于 26℃、冬季不高于 20℃，使用后及时关闭电源而非待机状态。
电路改造：检查电路老化情况，更换劣质电线减少能耗；合理规划插座位置，避免使用过长插线板导致电能损耗。
用水节能措施：
器具升级：安装节水水龙头（流量控制在 6 - 8 升 / 分钟）、节水马桶（冲水量≤6 升 / 次），洗衣机选择节水模式。
行为调整：用淘米水浇花、洗菜水冲厕实现水循环利用；洗澡采用淋浴并缩短时间，避免长时间流水洗菜。
用热节能措施：
保温改造：给门窗加装密封条、给墙体和屋顶做保温层，减少冬季取暖和夏季制冷的能源消耗；热水器、暖气管道包裹保温棉。
设备高效使用：燃气热水器选择冷凝式，热效率达 90% 以上；集中做饭减少炉灶开关次数，充分利用余热。
幻灯片 5：校园场景节能方案设计
公共区域节能：
照明系统优化：教学楼、图书馆等安装声控或红外感应开关，走廊、楼梯间采用 LED 应急灯；合理分组控制灯光，根据采光情况调整开灯数量；定期维护灯具确保亮度达标，避免因灯具老化导致能耗增加。
空调与通风管理：教室、办公室空调采用集中控制，设定统一温度标准并安装温度监测装置；加强自然通风，在春秋季优先开窗通风而非使用空调；课间关闭无人区域空调。
教学与实验节能：
设备规范使用：计算机教室设置定时关机程序，课后及时关闭投影仪、打印机等设备电源；实验室合理安排实验批次，集中使用大型仪器，避免设备空载运行。
资源循环利用：建立废纸回收系统用于草稿纸，实验废水经处理后用于校园绿化灌溉；推广电子教案和在线作业，减少纸张消耗间接节能。
校园可再生能源利用：在教学楼屋顶、停车场搭建光伏板，为公共照明和弱电设备供电；利用校园空地建设小型风力发电装置（适用于风力资源较好地区）；安装太阳能路灯和太阳能热水器供应浴室热水。
幻灯片 6：社区场景节能方案设计
公共设施节能：
照明与安防系统：小区道路、广场采用太阳能路灯，亮度根据天色自动调节；监控设备采用低功耗型号，非重点区域夜间降低监控频率。
供暖与供水优化：对老旧小区供暖管道进行保温改造和水力平衡调节，减少热量损失；二次供水设备采用变频泵，根据用水量自动调节功率；建立中水回收系统，用于小区绿化和道路清扫。
绿色交通推广：
基础设施建设：规划非机动车道和步行道，鼓励居民步行或骑行出行；建设社区共享充电桩，支持新能源汽车使用；设置共享单车停放点，方便短途出行。
出行引导：开展绿色出行宣传活动，组织 “无车日” 活动，对选择公共交通出行的居民给予积分奖励（可兑换物业费优惠等）。
社区能源管理平台：安装智能电表、水表实现分户精准计量，通过 APP 向居民推送能耗数据和节能建议；建立社区节能委员会，定期检查公共区域节能措施落实情况，组织节能知识培训。
幻灯片 7：方案实施步骤与分工
调研诊断阶段（1 - 2 周）：
组建跨学科团队（物理、化学、生物、社会学等学科成员），明确分工（数据采集、问题分析、方案设计、效果评估）。
采用实地观察、设备检测、问卷调查等方式，收集目标场景的能源消耗数据（如电费账单、设备型号、使用频率），识别能源浪费环节（如长明灯、设备老化、不合理用能行为）。
运用物理学知识分析设备能耗参数，结合社会学调查了解用户用能习惯，确定节能重点方向。
方案设计阶段（2 - 3 周）：
团队研讨，结合各学科知识提出多项节能措施，从技术可行性、经济性、实用性进行筛选优化，形成初步方案。
邀请专业人士（如电工、节能工程师）指导，完善方案细节，如计算设备更换的节能效益、确定改造施工流程。
制定方案实施时间表和预算表，明确所需材料、工具和人员。
实施与监测阶段（4 - 8 周）：
按方案分步实施节能措施，如更换节能设备、改造电路管道、开展宣传教育活动。
安装监测设备（如智能电表、温湿度传感器），记录实施前后的能耗数据、环境参数变化（如室内温度波动）。
定期召开团队会议，解决实施过程中出现的问题（如居民不配合、设备安装困难等）。
幻灯片 8：节能效果评估方法
量化指标评估：
能耗降低率：对比方案实施前后的单位时间能耗（如家庭月均电费、校园季度总用电量），计算能耗降低百分比，公式：能耗降低率 =（实施前能耗 - 实施后能耗）/ 实施前能耗 ×100%。
节能经济效益：计算因能耗降低带来的直接成本节约（如电费减少金额），扣除方案实施成本，得出投资回收期，公式：投资回收期 = 实施总成本 / 年节约成本。
环境效益：根据能耗降低量换算减少的碳排放量，参考国家碳排放系数（如每千瓦时电折合 0.785 千克二氧化碳），计算碳减排量。
质性指标评估：
用户行为改变：通过问卷调查、访谈了解居民或师生的节能意识提升情况，如是否养成随手关灯、节约用水的习惯。
环境改善感受：收集用户对室内舒适度、空气质量变化的反馈，评估节能措施对生活质量的影响。
方案推广潜力：分析方案的可复制性，评估在同类场景中的推广价值和适用范围。
幻灯片 9：跨学科知识融合案例解析
物理学在节能中的应用：
利用热传递原理（传导、对流、辐射）设计保温方案，如给热水管包裹保温棉减少热传导损失，在窗户贴隔热膜阻挡热辐射。
根据电功率公式 P=UI 和电阻定律 R=ρL/S，选择低电阻电线（粗导线、铜材质）降低线路损耗，提高用电效率。
社会学在节能中的应用：
运用社会心理学中的 “从众效应”，在社区公告栏公布各户节能排名，激励居民参与节能；在校园开展节能标兵评选活动。
通过政策引导（如阶梯电价、节能补贴）和宣传教育（节能讲座、科普海报），改变用户用能行为，形成节能文化。
工程学在节能中的应用：
对老旧设备进行技术改造，如给电机加装变频调速器，根据负载变化调节转速，降低空耗；对水龙头进行限流改造，在不影响使用的前提下减少出水量。
优化能源系统布局，如将食堂、浴室等用热大户靠近锅炉房，缩短供暖管道长度减少热量损失。
幻灯片 10：方案推广与持续改进
推广策略制定：
分层推广：先在试点区域（如某一家庭、某栋教学楼、某一小区楼栋）验证方案效果，总结经验后逐步扩大推广范围。
多渠道宣传：制作节能方案手册、短视频，通过社区公众号、校园广播、家长会等渠道传播；组织节能成果展示会，邀请用户分享体验。
政策激励：向当地政府或学校申请节能补贴，降低推广成本；对采用节能方案的用户给予物业费减免、学分奖励等激励。
持续改进机制：
建立能耗监测长效机制，定期收集数据，分析节能效果变化趋势，及时发现方案漏洞（如设备老化导致节能效果下降）。
跟踪新能源技术发展（如更高效的节能灯具、新型储能设备），适时更新方案，引入新技术提升节能水平。
定期开展用户反馈调查，根据需求变化调整方案细节，如针对季节变化优化空调使用策略。
幻灯片 11：实践案例展示 —— 校园节能方案实施效果
案例背景：某中学教学楼存在照明灯具老化、空调使用不规范、能耗计量模糊等问题，跨学科团队设计了为期 3 个月的节能方案。
实施措施：
更换全部白炽灯为 LED 灯，安装红外感应开关；制定空调使用规范，设置统一温度并安排专人巡查。
安装智能电表实现分层计量，开展 “节能班级” 评选活动。
效果评估：
量化效果：教学楼用电量较去年同期下降 28%，月均节省电费约 3000 元；LED 灯使用寿命预计达 5 年，长期节能效益显著。
质性效果：学生节能意识明显提升，随手关灯、合理使用空调的行为成为常态；教师反馈教室照明舒适度提高，无频闪问题。
经验总结：结合学生行为特点设计激励机制是方案成功的关键；智能计量设备为能耗分析提供了数据支撑，需加强数据解读与应用。
幻灯片 12：实践反思与收获
跨学科协作体会：团队成员需尊重不同学科视角（如物理学关注技术参数，社会学关注用户接受度），通过沟通协调达成共识；学科知识互补能有效解决复杂问题（如用化学知识解释节能与减排的关系，用工程知识解决设备改造难题）。
问题与挑战：方案实施中可能遇到用户抵触（如认为节能影响舒适度）、资金不足、技术操作复杂等问题，需通过耐心沟通、多方筹资、简化流程等方式解决。
能力提升总结：通过实践深化了对能源知识的理解，掌握了数据采集与分析方法，提升了团队协作、沟通表达、创新思维和问题解决能力，认识到节能行动需要个人、集体、社会共同参与。
幻灯片 13：拓展实践任务
个性化任务：选择家庭、校园或社区中的一个具体场景，独立设计一份小型节能方案（如卧室照明节能、实验室某台设备节能、社区垃圾房节能改造），要求包含问题诊断、措施设计、效果预测三部分。
团队任务：以班级或社区小组为单位，针对当地某一能源浪费突出问题（如农村秸秆焚烧、小区充电桩无序用电），开展深入调研，设计跨学科解决方案，并尝试向相关部门提交建议报告。
成果形式：个性化任务提交方案报告（1000 字左右）；团队任务提交调研报告 + 方案 PPT，可组织成果汇报会进行展示交流。
幻灯片 14：节能小知识与行动倡议
节能小知识：
1 度电可使冰箱运行 24 小时，或让 LED 灯照明 100 小时，节约 1 度电相当于减少 0.785 千克二氧化碳排放。
随手关灯每年可节约约 120 度电，相当于节约 48 千克标准煤，减少 120 千克二氧化碳排放。
空调设置温度调高 1℃，可节约 10% 左右的能耗；洗衣机满载洗涤比半载洗涤节能 50%。
行动倡议：
从自身做起，养成节能习惯，如离开房间关灯、拔掉不用的电器插头、使用节水器具。
争做节能宣传员，向家人、同学、邻居普及节能知识，带动身边人参与节能行动。
关注新能源技术和节能产品，在消费时优先选择节能型、环保型产品，用实际行动支持绿色发展。
幻灯片 15：总结与展望
实践成果回顾：本次跨学科实践围绕节能主题，融合多学科知识设计了家庭、校园、社区节能方案，明确了实施步骤、评估方法和推广策略，通过案例验证了方案的可行性，培养了综合实践能力。
节能行动的长远意义：节约能源不是短期任务，而是长期的生活方式和社会共识。每个人的微小节能行动汇聚起来，将为能源转型、环境保护和可持续发展带来巨大影响。
未来展望：希望通过本次实践，同学们能将节能理念融入日常生活和学习中，持续关注能源问题，未来在科研、工程、政策等领域为节能事业贡献力量，共同建设绿色低碳的美好家园。
2024人教版物理九年级全册
22.3跨学科实践_为节约能源设计方案
第二十二章 能源与可持续发展
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
1. 掌握节能的基本原理和方法。（重点）
2. 设计并实施节能方案。（重点）
学习目标
知识点1　项目提出
知识全解
随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大。然而，过度使用能源不仅会造成资源浪费，还会对环境产生负面影响。因此，我们提出了这个项目——为节约能源设计一套方案。
1.项目背景
知识点1　项目提出
知识全解
2.项目目标
我们的目标是设计出一个既实用又有效的节能方案，以减少能源的浪费，同时提高大家的节能意识。
知识点2　项目分析
知识全解
一、分析现状
首先，我们需要对当前的能源使用情况进行调查和分析。了解学校、家庭以及社区中能源的使用状况，找出浪费能源的问题所在。
调查目标：
统计家庭各用途能源消耗量
识别主要能源消费领域（采暖/制冷/生活热水/交通）
知识点2　项目分析
知识全解
一、分析现状
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%为不可再生能源，约30%为可再生能源 不可再生能源
消耗量（年） 200m3 1000kW·h 500L
某个家庭的能源使用情况
知识点2　项目分析
知识全解
通过调查和分析，我们可以确定出一些浪费能源的问题，如长时间开启电器、不合理使用空调等。
二、确定问题
知识点2　项目分析
知识全解
针对这些问题，我们可以探讨出一些解决方案。如使用节能电器、合理使用空调等。同时，我们还可以从物理学的角度出发，探讨如何通过科学的方法来节约能源。
三、探讨解决方案
① 优先改进方向：
基于消耗量排序确定优化优先级
结合改造可行性评估
② 优化方法选项：
新能源应用：加装太阳能电池板
技术升级：提升现有设备能效
行为优化：改善家庭用车习惯
知识点2　项目分析
知识全解
三、探讨解决方案
观察现象 关联原理 数据采集方法 优化方向
热水器反复加热 热力学第二定律 记录每日加热次数 加厚保温层/智能控温
西晒房间空调高耗 辐射传热系数 温度监测24小时曲线 Low-E玻璃贴膜
手机充电器发热 焦耳定律(Q=I Rt) 红外测温+功率检测 改用氮化镓充电器
知识点3 项目实施
知识全解
一、制订计划
根据我们的分析和探讨结果，制订出一份详细的节能方案计划。包括实施步骤、时间安排等。
知识点3 项目实施
知识全解
按照计划进行实施。包括在学校、家庭和社区中推广节能知识，引导大家养成节能习惯等。同时，我们还可以通过实验来验证我们的节能方案是否有效。
二、实施计划
知识点3 项目实施
知识全解
三、监测与评估
分析角度 需收集证据 分析方法
节能有效性 能耗对比数据/设备效率参数 季度用电量同比分析
使用需求匹配度 续航测试数据/场景适应性 用户满意度问卷调查
展示交流
知识全解
一、成果展示
在项目实施完成后，我们可以进行一次成果展示。展示我们的节能方案、实施过程以及实施效果等。让大家了解我们的工作成果和收获。
展示交流
知识全解
二、交流与讨论
在展示过程中，我们可以与同学们进行交流和讨论。分享我们的经验和心得，同时也可以听取大家的意见和建议。这有助于我们进一步完善我们的节能方案。
预学新知
1.观察家中消耗的能源主要来源：使用天然气灶时消耗的是________，
用电器工作时消耗的是____能，汽车行驶时消耗的是______。
天然气
电
汽油
2.节约能源主要从提高热效率或更换为节能的用电器入手，夏季减小空
调的耗能主要是设置空调的温度高些、减少开门窗的次数以及增强墙体
的________（填“导热性”或“隔热性”）。
隔热性
新知梳理
3.新能源汽车与传统燃油车相比的优点有：________、______________
_________________（说出2点）。
噪声小
效率高（或无污染，合理即可）
4.阅读短文，回答问题。
综合实践活动——设计蔬菜温室
【任务与要求】为了在冬天能品尝到夏季的蔬菜，同学们为学校的劳动
基地设计一个蔬菜温室，要求温度控制在 之间。
【设计与实施】
任务一：设计温室结构。温室设计为玻璃顶的长方体结构，体积为
。由立柱和横梁支撑，墙体四周装有保温层。查阅资料获知，立
柱的承重比 指立柱能承受的最大质量与其质量的比值，能反映承重效
率，立柱横截面的形状是影响承重比的重要因素之一，为研究它们之间
的关系，利用塑料立柱模型进行实验，发现在其他条件均相同时，横截
面为正三角形、正四边形、正五边形、正六边形模型的承重比关系是：
。
任务二：设计温控系统。温控系统原理如图甲，控制电路的电源电压为
，电阻箱的阻值调为 ，热敏电阻 的阻值随温度的变化图
像如图乙。当控制电路中的电流达到 时，衔铁被吸下：当电流降
低到时，衔铁被弹回。已知工作电路中电热丝的电阻为 ，
浴霸灯标有“ ”字样。
【交流与评价】如表所示是任务二的部分评价指标，根据评价表对活动
进行评价。
等 级 优秀 良好 合格 不合格
评 价 指标能自动控制室温 在规定范围内波动， 且降温较平缓 能自动控制室 温升降，且降 温较平缓 不能控制室 温升降，降 温较平缓 不能控制室温
升降，也不能
平缓降温
（1）关于设计蔬菜温室的实践活动，下列说法不正确的是___。
D
A.屋顶选用绿色玻璃不利于蔬菜生长
B.墙体选用隔热性能好的材料
C.图甲浴霸灯是为了降温时能平缓些
D.图甲中通电线圈上端是 极
（2）由模型实验可知，搭建温室选用______（填“三角形”“方形”或“圆
形”）立柱的承重比大；已知模型的承重比为 ，质量为 ，受力面积
为，则其上表面所能承受的最大压强 _____。
圆形
（3）电热丝通电产生的热量使温室气温升高 ，则空气吸收
的热量为__________ ，电热丝对温室的加热效率为_____%；电磁铁线
圈的电阻忽略不计，电热丝刚停止工作时，室温为____。 取
，取
83.3
20
（4）根据评价表中的指标对任务二进行评价，你的评价等级为______，
依据是________________________________________________________
________________；进一步给出优化建议：________________________
_____________________________。
良好
蔬菜温度室能自动控制温度升降，且降温较平缓，但温度只能在之间
将电阻箱的阻值适当调大（或适当减小控制电路电压）
谢谢观看！

展开更多......

收起↑