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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
学习任务 为节约能源设计方案
项目提出
你在生活中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。
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，估算每种能源一段时间内的消耗量，确定哪些用途的能源
消耗比较多。设计统计能源消耗量表格如下：
能源用途 采暖 做饭 生活热水 制冷 交通 其他
能源名称
能源类型
消耗量（年）
2.选取优化对象与确定改进方法
（1）根据调查结果，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。
（2）确定节能方法时，需要从哪些角度分析？
3.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。选择保温能力比较强的材料将房间“包裹”起来。
（2）选取材料。根据材料的厚度、热导率、干燥程度、与外界的接触面积，以及外界
温度等因素进行选取，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。
（3）确定方案。选定了保温材料后，围绕房间的安装位置，保温材料的规格、尺寸需
要满足的要求，门窗保温处理的方法等问题制订具体的设计方案。
（4）制作模型与测试。制作一个简易模型来模拟我们的家，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，将其安装在“家”中的相应部位。为了检测保温效果，
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
（1）明确思路：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。
（2）开展调查并论证以下问题
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？
展示交流
1.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。
2.归纳出一些具体的家庭能源使用的优化方法。并能够估算，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？
学以致用
例 设计利用太阳能的节能房屋时，涉及多方面知识。为减少热量散失，外墙可选用岩
棉板这类保温材料。在衡量保温材料性能时，热导率是关键指标，该数值越小，材料的
保温隔热性能越____（选填“好”或“差”）。太阳能热水器的集热器应安装在______
（选填“朝北”或“朝南”）方向，以最大程度接收太阳辐射。此外，为保证夜间或光照不
足时房屋的用电需求，需配备________（选填“蓄电池”或“发电机”）来储存太阳能光伏
发电系统产生的多余电能。
好
朝南
蓄电池
为了打造一座高效节能的保温小屋，在设计过程中运用了诸多物理知识，尤其是与太阳
能利用和保温相关的内容。
（1）为了让小屋在冬季能充分利用太阳能取暖，小屋的朝向应尽量向____
（选填“南”或“北”），能使更多的太阳光进入屋内，这是因为在北半球，太阳在冬季主
要位于南方天空，这种设计利用了光沿______传播的原理。
南
直线
（2）在给小屋选择窗户玻璃时，选用双层中空玻璃，中间填充惰性气体，这样做是因
为惰性气体的导热性____（选填“好”或“差”），能有效阻碍热量散失，大大增强了窗户
的保温性能，而衡量玻璃保温性能的一个重要指标是它的________（选填“比热容”或
“热导率”）。
差
热导率
（3）为实现小屋的电力部分自给自足，安装了太阳能光伏发电系统。太阳能电池板可
以将太阳能转化为____能，转化后的电能一部分直接供给小屋内的用电器使用，另一部
分可以存储在________中，以便在夜间或光照不足时使用。
电
蓄电池
（4）在小屋的外墙铺设保温材料，它的________（选填“密度”或“热导率”）较小，能
有效减少屋内热量向外传递，从而达到良好的保温效果，让小屋在寒冷的天气中也能保
持温暖。
热导率
【基础巩固】
1.小明家准备为房屋加装保温层，他了解到不同材料的保温性能不同。下列关于保温材
料的说法正确的是( )
C
A. 保温材料的热导率越大，保温性能越好
B. 厚度越大的保温材料保温性能越好
C. 保温材料主要是通过减少热传递来实现保温的
D. 所有的保温材料都适用于各种不同的环境
2.小明的爸爸告诉他，为房屋加装保温层可以节约能源。下列关于节约能源的说法正确
的是 ( )
C
A. 节约能源就是减少能源的使用量
B. 加装保温层后，房屋的能源消耗一定减少
C. 节约能源可以通过提高能源利用效率来实现
D. 只有给房屋加装保温层才能节约能源
3.选择保温材料时，下列因素中应不需要重点考虑的是( )
C
A. 保温材料的价格 B. 保温材料的环保性能
C. 保温材料的颜色 D. 保温材料的防火性能
4.小明观察到不同地区的房屋保温层厚度有所不同。这主要是因为( )
B
A. 不同地区的建筑风格不同 B. 不同地区的气候条件不同
C. 不同地区的保温材料不同 D. 不同地区的经济发展水平不同
5.新能源汽车与燃油汽车相比，下列说法正确的是( )
A
A. 新能源汽车不产生尾气污染
B. 燃油汽车的能量转化效率更高
C. 新能源汽车的动力来自于内燃机
D. 燃油汽车在行驶过程中不需要消耗能量
【能力提升】
6.新能源汽车正逐步取代传统燃油汽车，有利于节能减排。某款新能源汽车充满电后以
的速度匀速行驶， 后仪表显示器提示需要充电，假定行驶过程中汽车受
到的阻力为，电动机转化效率为 。
（1）该新能源汽车充满电后消耗至提示充电时行驶的路程是多少？
解 该新能源汽车充满电后消耗至提示充电时行驶的路程
。
答：该新能源汽车充满电后消耗至提示充电时行驶的路程是 。
（2）此行驶过程中消耗多少电能？
此行驶过程中克服阻力做功的大小等于该汽车输出的有用功，则有用功
，
消耗的电能
。
答：此行驶过程中消耗电能 。
（3）若某燃油车的热机效率是 ，则输出相同的有用功的情况下，相当于完全燃烧
多少千克汽油？已知 ，结果保留1位小数。
输出相同的有用功的情况下，完全燃烧汽油放出的热量
，
完全燃烧汽油的质量
。
答：相当于完全燃烧 汽油。(共25张PPT)
第二十二章 能源与可持续发展
第1节 能源利用的现状和面临的挑战 第2节 新能源的发展
情境创设
分析：太阳能的利用
随着全球经济的快速发展，能源需求日益增长。太阳能作为一种清洁能源，在能源利用
领域中发挥着越来越重要的作用。通过学习回答下列问题：
（1）太阳能的优点有哪些？
分布广泛、对环境无污染、可再生等。
（2）请列举至少三种常见的应用太阳能的实例。
太阳能热水器、太阳能路灯、太阳能电池等。
学习任务一 人类利用能源的历程
1.柴薪：自从原始人发现使用____的方法后，能源就成为人类文明发展的重要物质基础。
从利用自然火到利用人工火的转变，开启了以柴薪作为主要能源的时代。
2.化石能源：________的发明使人类进入工业化社会，此后人们使用的主要能源是化石
能源。
3.不可再生能源和可再生能源：不能在______内从自然界得到补充的能源叫作不可再生
能源，如化石能源、核能等；可以在______内从自然界得到补充的能源叫作可再生能源，
如太阳能、水能、风能等。
4.一次能源和二次能源：可以______从自然界获得的能源为一次能源，如化石能源、水
能、风能、太阳能、核能等；______从自然界直接获取，必须通过消耗______能源才能
得到的能源为二次能源，如电能。
火
蒸汽机
短期
短期
直接
无法
一次
学以致用
例1 下列说法正确的是( )
B
A. 能量就是能源 B. 风能是一次能源
C. 电能是可再生能源 D. 化石能源是可再生能源
学习任务二 能源利用面临的挑战
1.能量是守恒的，但是涉及热现象的能量转化和转移过程是有______性、不可逆的。
2.人们是在能量的______或______的过程中利用能量的。能源的利用是有条件的，我们
所能利用的能源是______的。
3.由于世界人口的增加和经济的不断发展，能源的消耗量持续增长。
4.在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响。
方向
转化
转移
有限
学以致用
例2 关于能源与可持续发展，下列说法正确的是( )
D
A. 能量在转化或转移过程中，总量会减少
B. 能量在转化过程中是守恒的，因此能源是“取之不竭”的
C. 煤、石油、焦炭、太阳能都属于清洁能源
D. 煤炭燃烧时，化学能主要转化为内能，这些内能散失到空气中后，很难再被收集起
来利用
学习任务三 核能
1.原子的结构
2.核能
（1）概念：质量较大的原子核发生______或者质量较小的原子核相互______，就有可
能释放出惊人的能量，这种能量就是核能。
分裂
结合
（2）核能释放的两种方式
①裂变
.链式反应：用中子轰击铀原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，
同时还会产生新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是导致一系列铀核持续裂变，
释放出巨大的能量。这就是裂变中的链式反应。
.应用：原子弹（链式反应不可控）、核电站中的核反应堆（链式反应可控）。
②聚变
.聚变：某些质量很小的原子核，在超高温和高压下结合成新的原子核，也会释放出巨
大的核能，这就是聚变，有时也称为热核反应。
.应用：氢弹（核聚变不可控）。太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸。
（3）核能属于__________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。
不可再生
学以致用
例3 （陕西中考）原子由原子核和__________构成。原子核发生变化时，释放出的能量
被称为核能，核能属于__________（选填“可再生”或“不可再生”）能源。我国自主设计、
建造的“东方超环”核反应装置用于研究如图所示的核反应，这种反应叫作____
（选填“裂”或“聚”）变。
核外电子
不可再生
聚
学习任务四 太阳能
1.人类除了间接利用储存在__________中的太阳能，还设法直接利用太阳能。
2.目前直接利用太阳能的两种主要方式：一是用集热器把水等物质______，二是用太阳
能电池把太阳能转化成____能。
3.风能和海洋能也是人们可以利用的新能源，它们都可以用来______。
化石燃料
加热
电
发电
学以致用
例4 （淄博中考）下图是“风能-太阳能”路灯示意图，下列说法正确的是( )
A
A. 风力发电机利用了电磁感应原理
B. 太阳能来自太阳内部的核裂变
C. 给蓄电池充电时化学能转化为电能
D. 控制器中的集成电路是用超导材料制成的
知识点一 人类利用能源的历程
1.下列能源中都属于可再生能源的是( )
C
A. 石油、水的动能 B. 天然气、风能 C. 风能、太阳能 D. 煤、生物质能
2.汽车给生活提供了便利，促进了社会的发展。燃油汽车的“心脏”为汽油机，其燃料为
汽油。汽油属于______（选填“一次”或“二次”）能源；去加油站加油时，我们总是很远
就能闻到汽油味，这是______现象。
二次
扩散
知识点二 能源利用面临的挑战
3.碳足迹通常是指以二氧化碳当量表示的特定对象的生命周期中温室气体排放量和清除
量之和。一般情况下，排放的温室气体越多，碳足迹就越大。碳足迹的计算包括用于电
力、建设、运输等方面的能源，以及我们所使用的消耗品。以下做法可以减少碳足迹的
是( )
A
A. 减少一次性餐具的使用 B. 以私家车出行代替使用公共交通工具
C. 大量使用天然气等燃料 D. 将生活垃圾进行焚烧处理
知识点三 核能
4.1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。氢弹爆炸释放出巨大的能量，它是由
______（选填“裂变”或“聚变”）产生的；氢弹的这种核反应是________（选填“可控”或
“不可控”）的。
聚变
不可控
知识点四 太阳能
5.能源是人类生存和发展的基础，人类社会的每一次重大进步都伴随着能源的改进和更
替。关于能源的开发和利用，下列说法不正确的是( )
C
A. 能量在利用的过程中，其转化和转移是有方向性的
B. 太阳能是一次能源，可直接利用且污染小，开发前景广阔
C. 核能是可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径
D. 煤是不可再生能源，而且以煤为主要燃料的火电站容易造成环境污染
6.能源的利用需要考虑可持续发展，理想能源需要具备环境破坏小、足够丰富、可再生
等条件。以下各种形式的能源中可作为理想能源的是( )
A
A. 太阳能 B. 天然气 C. 石油 D. 煤炭
【基础巩固】
1.（广州中考）了解能源分类对实现能源可持续发展有重要的意义。下列能源既是来自
太阳辐射的能源，又属于可再生能源的一组是( )
C
A. 煤炭、沼气 B. 石油、潮汐能 C. 风能、水能 D. 柴薪、天然气
2.（东营中考）关于能源、信息传输，下列说法正确的是( )
C
A. 风能、地热能、电能均属于一次能源
B. 太阳内部，原子核发生裂变释放出巨大的核能
C. 涉及热现象的能量转化和转移的过程都是有方向性的
D. 光从光导纤维一端射入，在内壁多次折射，把携带的信息传送出去
3.（湖北中考）2024年5月25日，我国第三代核电站“华龙一号”示范工程全面建成。关
于核能的利用，下列说法正确的是( )
D
A. 核能是可再生能源
B. “华龙一号”是利用聚变产生能量的
C. 核燃料中的铀原子核由大量质子和电子组成
D. 核废料仍具有放射性，一般深埋在人烟稀少的地方
4.能源的使用应考虑能量______和______的方向性、能源消耗对环境的影响、化石能源
和核能等__________能源的储量等因素。以风能、水能、太阳能等为代表的________能
源是未来理想能源的一个重要发展方向。
转移
转化
不可再生
可再生
5.“华龙一号”是我国自主三代核电技术。2025年1月1日，漳州核电1号机组正式投入商
业运行，标志着“华龙一号”批量化建设取得重大进展。该核电机组利用现行主流的核电
站发电方式，通过可控的______（选填“裂变”或“聚变”）将核能转化为电能。太阳内部
也同样释放巨大的核能，核能属于______（选填“一次”或“二次”）能源。
裂变
一次
【能力提升】
甲
6.阅读短文，回答问题。
漂浮式水上光伏电站
图甲是我国单体规模最大漂浮式水上光伏电站——安徽阜阳南部风
光电基地水面漂浮式光伏电站。
太阳能光伏发电系统是一种利用太阳能电池发电的新型发电系统，漂浮式光伏电站
指的是在水塘、内河、湖泊、水库、蓄水池等水上建立的光伏电站。漂浮在水面上的光
伏发电面板通过锚链与海（湖）底的锚固块或锚固桩相连，如图乙所示，防止因海（湖）
水流动而漂丢。
乙
（1）太阳能光伏发电系统可以将太阳能转化为____能。
电
（2）锚链可以防止光伏发电面板漂丢，是因为力可以改变物
体的__________。
运动状态
（3）水面上的风速往往比陆地上的风速大，加快了水的
_______（填写物态变化的名称），从而提升了水的冷却效应。
汽化

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