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人教版物理九年级全册精做课件授课教师：.班级：9年级（）班.时间：.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22.3跨学科实践：为节约能源设计方案一、实践背景目前人类大量使用煤、石油、天然气等化石能源，化石能源属于不可再生能源，储量不断减少。同时化石能源燃烧会产生大量二氧化碳、有害气体，造成温室效应、空气污染、酸雨等环境问题。为缓解能源危机、保护环境、实现可持续发展，需要从家庭、校园和生活中制定科学的节能方案。二、设计依据（物理原理）1.根据电能公式$$W=Pt$$：消耗电能多少由功率和时间决定，减小用电器功率、缩短用电时间均可节约电能。2.提高能源利用率，减少能量损耗，可以避免能源浪费。3.大力使用太阳能、风能等清洁能源，替代化石能源，减少环境污染。三、节能总体目标1.减少家庭、校园不必要的能源消耗，降低电能、化石能源浪费。2.提高能源利用效率，养成低碳、绿色的生活习惯。3.推广使用清洁能源，减轻环境污染，助力绿色可持续发展。四、具体节能设计方案（一）用电节能方案1.更换节能电器：将普通白炽灯更换为LED节能灯，LED灯功率小、发光效率高、耗电量少，有效降低电功率，节约电能。2.杜绝待机耗电：电视、电脑、空调、充电器等电器不用时及时拔下插头，避免长时间待机消耗电能。3.合理使用电器：空调夏季温度不低于26℃，冬季不高于20℃，减少压缩机工作时间；无人时及时关灯、关空调、关风扇，缩短用电时间。4.分时用电：尽量在用电低谷时段使用大功率电器，合理利用电力资源。（二）清洁能源利用方案1.安装太阳能设备：利用太阳能热水器将太阳能转化为内能，提供生活热水；条件允许可安装光伏发电板，将太阳能转化为电能，替代部分市电。2.充分利用自然能源：白天充分利用自然光照明，减少开灯时间；开窗通风，减少空调、风扇的使用频率。（三）生活节能与减排方案1.绿色出行：短途步行、骑自行车，中长途优先选择公共交通，减少私家车使用，节约石油能源，减少尾气排放。2.节约燃气：做饭时合理调节火焰大小，避免燃气空烧，提高燃气利用率；及时关闭燃气开关，防止能源浪费。3.资源循环利用：节约用水、循环用水，水能也是重要能源；垃圾分类回收，减少资源浪费。五、方案优势1.科学性：依据电能计算公式、能量转化与守恒规律设计，原理清晰、合理可行。2.实用性：所有措施简单易行，适合家庭、校园日常实施，无需复杂设备。3.环保性：减少化石能源消耗，降低碳排放，减轻温室效应和空气污染。4.经济性：有效降低电费、燃气费等生活开支，节约生活成本。六、实践总结通过本次节能方案设计，我深刻认识到化石能源的有限性和能源浪费的危害。节能的核心是减小用电器功率、缩短用电时间、提高能源利用率、开发清洁能源。在日常生活中，我们可以从随手关灯、杜绝待机耗电、绿色出行、使用新能源等小事做起，节约能源、减少污染，为缓解能源危机、保护地球环境贡献力量。学习目标
1.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。
2.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
3.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
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。
问题
调查家中能源的用途、类型，估算这些能源消耗量，确定哪些用途的能源消耗比较多
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
调查家中能源的使用情况
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。
选取优化对象与确定改进方法
选取优化对象：
交通
采暖
制冷
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
选取优化对象与确定改进方法
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。
制订与检验设计方案
（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。
制订与检验设计方案
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
制订与检验设计方案
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
制订与检验设计方案
（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
制订与检验设计方案
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
制订与检验设计方案
（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。
制订与检验设计方案
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
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
制订与检验设计方案
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
展示交流
【项目提出】
随着人们生活水平的提高，消耗的能源越来越多，虽然自然
界的能量是守恒的，由于能量转化和转移具有______性，可
利用的能源在减少，能源危机加重，为了节约能源，从家庭
入手，制订节约能源的方案。
方向
【项目分析】
家中利用的能源主要有三个方面，一是家用电器消耗____能，
二是煮饭的燃气灶和烧水的燃气热水器利用天然气，三是汽车
和摩托车主要消耗汽油，要节约能源需要从这三个方面入手。
电
【项目实施】
1.调查后统计的情况如下：
用途 采暖 做饭 生活热水 电器 交通
名称 天然气 电能 汽油
分类 ______（填“可”或“不 可”）再生能源 ____ （填“一”或 “二”）次能源 ________
（填“清洁”或
“非清洁”）能
源
不可
二
非清洁
用途 采暖 做饭 生活热水 电器 交通
改进 方法 选用太阳能热水器， 利用______能加热水 选用节能等 级较高的电 器 选用电动汽车
太阳
续表
2.夏季使用空调调节室温时耗电量较大，核心原因在于空调属
于大功率用电器，且夏季高温环境下需长时间持续运行以维持
舒适室温，二者叠加导致总耗电量增加。为节能环保，国务院
办公厅规定公共建筑夏季空调温度设置不____（填“高”或“低”）
于 。房间不能长时间保持恒定的温度，是因为房子的隔
热性____（填“好”或“差”），节约能源从房屋的隔热性入手，
选择隔热材料装修房屋的墙壁可以节约空调所用电能。
低
差
【展示交流】
3.小德选择了几种保温材料，下表是常用的材料参数：#1
项目 1号 2号 3号
聚氨酯泡沫 聚苯乙烯泡沫 岩棉
0.033 0.042 0.065
防火性能 不燃 A级
吸水性
项目 1号 2号 3号
聚氨酯泡沫 聚苯乙烯泡沫 岩棉
隔音性 好 好 一般
75 65 600
1.4 1.0 2.4
续表
（1）外墙保温材料如果脱落会造成危险，所以应该选密度
较____的材料。同学们观察发现表格中缺少密度信息，于是
需要测量材料的______和______。
小
质量
体积
（2）当保温材料的厚度一定时，为了方便比较材料的性能，
在表格中的项目里引入参数“”，单位为 。同学们观察
表格中的 ，猜想它可能与材料密度有一定关系。
①已知保温材料的厚度为，请推导出与材料密度 的关系
____（结果用已知量的符号表示）。
②某种材料厚度为,密度为 ，则该材料可能是
______________。
③若一栋楼某一侧面的面积为 ，则需要1号保温材料
的质量是_____ 。
聚苯乙烯泡沫
（3）小德同学的叔叔家在陕北，他打算给自建房外墙安装
保温材料，因为陕北冬季气温很低且年降水量少，所以他选
择外墙保温材料时应优先考虑__________（填“传热系数”或
“吸水性”）（注：传热系数越大，保温性能越差），所以他
选择表格中的___号保温材料比较合适。
传热系数
1
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
选取优化对象与确定改进方法
制订与检验设计方案
课堂小结

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