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人教版九年级物理 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
【课题】第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
【学习目标】
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。
方案一：为房屋加装保温层。
方案二：为家庭用车提出建议。
对设计的节约能源方案进行评估。。
【学习重点】
根据调查，确定优化对象与确定改进方法。
【学习难点】
制订与检验设计方案。
【板书课题】第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
【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？
（1）过度使用电器:长时间开灯、电视和空调，即使房间无人。
（2）待机能耗:电器在不使用时处于待机状态。
（3）短距离出行使用高耗能私家车，而不是步行、骑自行车或乘坐公共交通工具。
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。
【项目分析】 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。
我们的目标是设计出一个既实用又有效的节能方案，以减少能源浪费，同时提高节约能源的意识。
【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。统计自己家中能源的主要使用情况，包括能源用途、能源名称、能源类型、消耗量(年)；回忆家中各种电器和设备的使用情况，如空调、冰箱、电视、电脑、热水器等，以及它们所使用的能源类型(电、天然气、煤炭等)。并将相应的信息填写在自己设计的表格中。
【示例】 某家庭能源使用情况
根据调查情况，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，现在家庭中的采暖、制冷、生活热水、交通等，都可能是家庭消费能源的主要方面。
2．选取优化对象与确定改进方法
根据上面的调查统计结果，结合以下问题，思考如何选取优化对象，确定改进方法。
（1）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。
根据上表的调查结果，家中的交通汽油能源消耗较多，家庭用电消耗量次之，天然气消耗量较少。
家中的交通、家庭用电的能源使用可以优化，其中的交通能源使用要优先改进。
（2）优化能源使用的方法不止一种。
【示例】通过优化家庭成员出行行为和家庭用车行为等来节约能源、减少浪费……
改进方法：
①出行距离较近时选择步行或骑自行车、共享单车；
②出行距离较远，但在市内时乘坐公共交通工具（公交车或地铁）；
③出行距离确实很远，开车出行。
④将燃油车换成电动汽车。
……
【示例】通过优化家庭成员用电、用水行为和家庭选用电器行为等来节约能源、减少浪费……
改进方法：
①用电器不用时断开电源开关，不让用电器处于待机状态；
②用洗菜水浇花、用洗澡水冲便池，用完水后关紧水龙头；
③空调夏季设定温度不低于26℃；
④选用节能电器和智能电器；
⑤将燃气热水器换成电热水器；
⑥有条件的情况下安装使用太阳能热水器、太阳能电池板；
……
（3）在确定节能方法时，需要从哪些角度分析？
【示例】如果打算用新能源汽车取代家中的传统燃油车，那么从是否节约能源的角度，应该收集哪些证据？怎么分析？
收集百公里耗油量（L/100km）和耗电量（kW·h/100km),按油价和电价计算实际消费进行比较。得出用新能源汽车取代传统燃油车节约能源。
【示例】如果打算用新能源汽车取代家中的传统燃油车，那么从能否满足人们使用需要的角度，又应该收集哪些证据？怎样分析？
①新能源汽车充电（使用公共充电桩或自己安装的充电桩）和传统燃油车加油哪个更方便快捷；
②用车过程中启动、变速、刹车哪个更容易准确控制；
③车的保养维护、清洁更方便容易。
……
3．制定与检验设计方案
方案一：为房屋加装保温层。
某组同学在调查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设定温度、冬季采暖时调低设定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。
（1）明确思路
热量能自发地从高温物体传递到低温物体。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？
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。
（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？
资料显示，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。然后从中选出一两种材料作进一步的比较分析。
对不同材料的评估
（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，在房间的哪些部位安装保温材料？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
实施设计方案前，制作简易模型模拟“家”，通过测试检验方案是否有效，并提出优化建议。
讨论：①如何在测试中简单有效地模拟我们的家？
②给“家”安装哪些保温材料？
选择身边容易获取、安装、与实际保温材料热导率相近的材料，将它安装在“家”中的相应部位。
③怎样检验保温效果？
为了检验保温效果，可以将相同质量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。
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。
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。
新能源汽车一般使用电能、氢能等，传统燃油汽车使用汽油、柴油。想想如何比较两类汽车的能耗。
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？
例如，从某种新能源汽车中选出有代表性的分析对象，与燃油汽车对比分析能耗情况。在这个过程中，既要考虑两种汽车直接消耗的能源，也要考虑汽油、电力等在生产过程中的转化效率，以及两种汽车在生产中所消耗的能源，等等。
（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，或是能够满足哪些地域、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？
例如，我国的石油高度依赖进口。从能源安全的角度看，使用新能源汽车的意义是什么？
【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，需要进行交流讨论，找出方案的不足和改进办法。交流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。估算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？

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