初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案教学设计及反思

这是一份初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案教学设计及反思，共4页。教案主要包含了教学过程等内容，欢迎下载使用。
一、巩固复习
教师引导学生复习上一节所学内容，并讲解学生所做的六、课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
二、项目提出
人们在生产生活中都会使用各种能源.
师 你在生活中都遇到过哪些浪费能源、污染环境的问题？
生 水龙头漏水没有修，出门不关灯，不关电视等.乱扔垃圾，使用一次性包装袋和筷子等.
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人手，制订出一个优化家庭能源使用的具体方案.
三、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.
四、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.表1是某同学以自已的家庭为例，列出的能源使用的主要情况.你可以参照此表，也可以根据自已的想法设计表格，统计自已家中能源的使用情况，并在表格中填写相应信息.
学生各自进行调查，记录表格.了解家庭在一段时间内消耗能源的情况.
根据调查情况，可以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.
（2）优化能源使用的方法不止一种.例如，可以在家中使用太阳能等新能源（图22.3-1），也可以利用技术手段来提高现有能源的使用效率，还可以从自身做起，通过优化家庭用车等行为来节约能源、减少浪费……你想利用哪些方法?
（3）在确定节能方法时，需要从哪些角度分析？如，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？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?
学生交流讨论后，选取优化对象和改进方法.
3.制订与检验设计方案
方案一：为房屋加装保温层.有一组同学在调查各自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温度、冬季采暖时调低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所示.
（1）明确思路.根据学过的知识可知，热量能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.怎样才能做到这一点？小组内有同学认为可以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?
查阅资料得知，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.表2列出了一些常见材料在室温和干燥环境下的热导率，也可以通过查找资料获得其他材料或不同条件下的热导率.
在为房屋选择保温材料时，除了材料的热导率，还要入从材料的环保性、价格、耐火性，以及是否容易安装等方面进行评估（表3）.如果你还有其他想法，可以补充到表3中，然后从中选出一两种材料作进一步的比较分析.
（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（表4）.
（4）制作模型与测试.在真正实施设计方案前，需要制作一个简易模型来模拟我们的家，通过测试来检验方案是否有效，并提出优化建议.小组内进行讨论：如何在测试中简单有效地模拟我们的家？给“家”安装哪些保温材料？怎样检验保温效果？
注意：在工程技术中，方案最终实施前，通常需要制作简易模型来评估设
计的可行性，以达到节约成本式保证质量的目的.
为了方便起见，可以选择身边容易获取、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.为了检验保温效果，可以将相同质量的冰块装在塑料袋中，分别放人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.另一组同学认为自己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.为此，他们想要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.
他们准备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.
注意：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.根据前面学过的知识，想想如何比较两类汽车的能耗.
（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？
……
学生查阅资料，制订与检验设计方案.
五、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，需要与大家进行交流讨论，找出方案的不足和改进办法.交流的形式可以多种多样，既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.请估算，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？
注意：可以上网查找组织辩论会、论坛等的流程，以及需要注意的事项等.
学生进行小组讨论，归纳出优化方法.估算出每年会节约多少能源.