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(共30张PPT)
第十六章 永恒的探索：宇宙和粒子
第4节 设计节能环保小屋
物理观念：理解能源分类（一次 / 二次、可再生 / 不可再生），掌握节能技术的物理原理（隔热、光能利用）；
科学思维：通过小组设计，培养 “平衡节能与舒适” 的创新思维；
科学探究：用实验测试材料保温性，综合多学科知识优化设计 ；
科学态度与责任：增强环保意识，树立 “科技服务生活” 的责任感。
教学重点：清洁能源转化原理；建筑节能的物理措施（保温、采光）；
教学难点：多学科知识整合优化设计；平衡节能与居住舒适性。
提高上游的水位增加水的势能
高水位的水快速向下流推动水轮机转动
发电机在水轮机的带动下旋转发电
人类社会的现代化，得益于自然界存在的可以为人类提供能量的自然资源。
任务分解
1.认识能源，了解能源可持续发展的途径
2.调查能源分布，为节能环保小屋选址
3.了解节能减排技术，结合选址地区的特点选择能源和节能措施，设计节能环保小屋
4.了解模型制作流程，制作节能环保小屋模型
任务一：认识能源
1.能源：能够提供能量的物质都被称为能源。
煤炭
风能
水能
电能
柴草
石油
各种能源的利用，极大的促进了人类文明的发展。
2.人类利用能源的历程
原始社会
柴薪能源
第一次工业革命
化石能源
第二次工业革命
电气时代
第三次工业革命
新能源时代
3.能源分类
按能源的基本形态分类：
一次能源
二次能源
以天然形式存在于自然界的能源
由一次能源加工转化而来的能源
化石能源
风能
水能
电能
酒精
地热能
一次能源按能否在短期内再生分为：
不可再生能源
可再生能源
短期内无法从自然界得到补充
可以在自然界里源源不断地得到
化石能源
风能
水能
核能
太阳能
当今世界能源结构：
以化石能源为主
当前面临的问题：
化石能源储量有限，能源消耗急剧增长，面临枯竭；
思考：能量守恒定律告诉我们：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，总量保持不变，为什么还存在能源危机？
能源危机的三大核心原因：
原因1：化石能源不可再生核能
原因2：能量转化有方向性与损耗
原因 3：能源使用伴随污染
如何解决能源危机？
缓解能源危机的关键是：
核能
可再生能源
提高利用效率
开发新能源
如何选择新能源呢？
能源 应用 优点 缺点
太阳能
风能
核能
氢能
光伏发电、太阳能热水器、照明
清洁无害、资源充足、用之不竭
能流分散、受天气影响、成本较高
风力发电、风力提水
清洁低碳、资源丰富、部署灵活
依赖风力、有噪音 / 生态影响、需储能
核电站发电、船舶动力
能量密度高、低碳稳定、燃料成本低
核安全风险、核废料难处理、建设成本高
燃料电池汽车、工业炼钢
零排放、能量密度高、用途广泛
制储成本高、基础设施少、安全风险
1.太阳是人类能源的宝库，下列说法错误的是（　　）
A．太阳能是一次能源
B．太阳能是太阳内部发生聚变释放的能量
C．太阳能电池把太阳能转化为电能
D．集热器可以吸收太阳辐射并将其转化为化学能
D
2.节约资源和保护环境是我国的基本国策。下列叙述不符合节能环保要求的是（　　）
A．重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品
B．短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用次数
C．公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于
D．手机充完电后，不必拔下充电器
D
任务二：为节能环保小屋选址
我国能源特点：
总量丰富，但人均占有量不多，分布也不均匀。
我国能源分布：
水资源主要集中在西南地区；煤炭资源主要分布在西部和北部地区；西北地区太阳能丰富；沿海地区和西北地区风能丰富。
如果想靠太阳能供电，小屋选在西北还是东南？
因地制宜开发能源和大力发展新能源
小屋 “安家” 指南：选址的 3 大核心因素：
核心因素 1：能源可及性；
核心因素 2：气候适应性；
核心因素 3：地形与环境。
选好地址，小屋的节能措施如何设计呢？
任务三：设计节能环保小屋
能源供给类
太阳能：屋顶安装太阳能热水器
太阳能：屋顶安装光伏板发电
风能：小型风力发电机（供电）
建筑节能类
外墙：用保温材料（减少热量流失）
门窗：装隔热玻璃（夏天隔热、冬天保温）
采光：夏天利用遮阳帘降低室温
设计节能小屋草图——设计要求：
1.标注关键尺寸（用同一比例尺，如 1:100）；
2.明确标注节能技术与材料（如 “屋顶：太阳能板”“墙体：泡沫板”）；
3.兼顾功能需求（包含卧室、厨房、卫生间等基本空间，标注采光、通风口）。
画完设计图后，用思维导图梳理设计思路
3.如图是一种新型的风光互补景观照明灯，其太阳能电池板和风力发电机产生的电能，输送至蓄电池储存起来，供路灯照明使用，下列解释正确的是（　　）
A．蓄电池夜晚放电时将电能转化为化学能
B．照明灯工作时，将风能转化为光能
C．太阳能电池板将电能转化为太阳能
D．利用风力发电时，“风扇”将风能转化为电能
D
4.人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。对于能量和能源，下列说法正确的是（　　）
A．现代生活离不开电，电能是一次能源
B．新能源的开发和利用技术难、成本高、无实用价值
C．风能、水能、太阳能等可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向
D．能量取之不尽，用之不竭，所以不用节约能源
C
任务四：制作节能环保小屋模型
设计流程：
材料建议：
纸箱（墙体）、塑料板（光伏板）、小风扇（风力发电机）
模型制作：保温隔热技术
1.核心目标：
减少小屋内外的热传递，保持室内温度稳定
2.技术原理：
热传递的三种方式（热传导、热对流、热辐射）及控制方法
3.制作步骤：
步骤1：选择保温材料（推荐泡沫板、棉花等）
步骤2：制作墙体（双层结构：外层硬纸板+内层泡沫板，接缝用胶水密封）
步骤 3：安装门窗（用透明塑料膜制作窗户，边缘用胶带密封，减少热对流）
4.注意事项：
材料裁剪要整齐，密封要严实，避免出现缝隙
模型制作：新能源转化装置
1.核心目标：
将太阳能转化为电能，为小屋提供照明
2.技术原理：
太阳能板→电能→LED 灯（能量转化路径）
4.制作步骤：
步骤1：连接电路（太阳能板正极→LED 灯正极，太阳能板负极→LED 灯负极，用胶带固定接口）
步骤2：安装太阳能板（固定在小屋屋顶，倾斜角度 30°-45°，面向光源）
步骤 3：调试（将太阳能板对准阳光或台灯，观察LED灯是否亮起）
5.备选方案：
小型风力发电机→LED 灯，安装在小屋顶部，需手动模拟风力
3.材料清单：
小型太阳能板（5V）、LED 灯、导线、电池盒（备用电源）
模型制作：采光与节水技术
1.核心目标：
利用光的反射与折射，增强室内自然采光，减少照明用电
3.制作步骤：
在小屋侧面安装透明塑料膜窗户，在窗户外侧下方安装铝箔反光板（倾斜 45°），将光线反射进室内
2.材料清单：
铝箔反光板、透明塑料膜（窗户）
一、采光技术
1.核心目标：
收集雨水，用于浇灌小屋周围的‘绿化’（模拟）
3.制作步骤：
将塑料瓶固定在小屋屋顶边缘（作为集雨槽），用导管连接塑料瓶与小水盆，模拟雨水流下并收集
2.材料清单：
塑料瓶（裁剪底部）、导管、小水盆（收集容器）
二、节水技术
成果展示
1.介绍设计思路（选址、能源选择、功能布局）；
3.演示模型功能（如 LED 灯照明、雨水收集、反光采光）；
2.讲解核心技术与物理原理（重点说明保温、能源转化、采光 / 节水的物理依据）；
一、展示要求
4.分享创新点与改进方向。
1.科学性（物理原理正确，技术应用合理）：4分；
3.可行性（模型制作规范，功能可实现）：2 分；
2.创新性（设计有新意，材料利用巧妙）：3分；
二、评价标准
4.表达清晰（讲解有条理，语言简洁）：1 分。
小组互评 + 教师点评
三、评价方式
1 .如图是某地区使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，下列说法正确的是（ ）
A．光电池板是将太阳能转化为化学能
B．照明灯工作时，LED灯是将内能转化为电能
C．利用风力发电时，机械能转化为电能
D．蓄电池放电时，蓄电池将化学能转化为光能
C
2. 太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为各类太空飞行器提供能源的装置，电池板是把太阳能转化成 （填“一次”或“二次”）能源—电能；我国最新建成的“华龙一号”核电站采用的核反应方式与太阳内部的核反应是 （填“相同”或“不相同”）的，该反应用到的核原料属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现碳中和目标。
一次
不相同
不可再生

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