22.3 跨学科实践：为节约能源设计方案 分层练习（含答案） 2025-2026学年物理人教版（2024）九年级全一册

第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
项目提出
在当今社会，能源消耗和环境保护成为全球关注的焦点。能源是现代社会发展的基础，但过度消耗和浪费导致了资源枯竭和环境污染。节约能源需要从日常生活的点滴做起，通过合理使用电器、优化能源结构和采用节能技术，可以有效减少能源消耗。
任务之一 能源消耗分析
了解家庭或学校的能源使用情况，分析主要的能源消耗点。
1．自来水是城镇居民的用水来源，水厂从自然界取水，经过一系列的处理后，通过管道到达居民家中。生活中由于水龙头拧不紧、水管生效漏水、用水不节制等原因，造成了水资源的浪费。在水资源日趋紧张的今天，这一问题必须引起足够的重视。
（1） 请为家庭节约用水提出合理化建议：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 农民灌溉农田多采用“漫灌”的方法，既浪费水资源，又易使土壤板结。你认为应怎样改进这种灌溉方法？_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
2．长期不拔充电器还会加速充电器内元件的老化。有的充电器发热严重，可能会引发充电器燃烧自爆的。
（1） 手机充电器插在通电插座上不给手机充电时，相当于_ _ _ _ _ _。
A．电源 B．开关 C．用电器 D．导线
（2） 手机充电器不及时拔掉容易造成元件过热的现象，甚至引起火灾，此过程中电能转化为能。
3．指出你生活中存在哪些浪费能源的现象，可以采取哪些节能措施。
①现象：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
措施：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
②现象：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
措施：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
③现象：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
措施：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
任务之二 利用太阳能
创新小组同学在调研“太阳能使用情况”的综合实践活动中发现不同型号的太阳能热水器水温上升快慢情况不一样，由此对水温上升快慢的影响因素进行了三种猜想。
猜想1：水量的多少。
猜想2：太阳光照时间。
猜想3：水受到的光照面积（简称受光面积）。
（1） 在研究猜想1时，小明利用如图甲所示的装置，分别在长方体薄壁透明玻璃水槽中装入不同质量的水，发现照射时间相同时，水质量越大，水温变化越慢。这样的操作过程_ _ _ _ _ _ （选填“合理”或“不合理”）。
（2） 在研究猜想2时，小明同学认为借助_ _ （选填“功率”或“效率”）的概念判断猜想2是错误的。
（3） 为了研究猜想3，小明准备了三个受光面积相同而厚度不同的透明玻璃水槽（如图乙所示，有盖，忽略水微弱形变带来的受光面积变化），在水槽A中装满水使光垂直照射在透明水槽的正表面。同学们记录了A水槽中水温随照射时间的变化情况，如下表所示：
时间/ 0 2 4 6 8
温度/ 0 3.0 4.8 5.6 5.9
① 分析表格数据可知，水温升高的快慢特点_ _ _ _ _ _ _ _ （选填“均匀升高”“由快到慢”或“由慢到快”）。
② 为了进行对比，小明应该在水槽_ _ _ _ （选填“B”或“C”）中装入水，再进行实验。
③ 小明发现经过一段时间后，水温趋于稳定，小明了解到，水接受太阳辐射的同时，也在对周围环境放热。已知水的受光面积为，此时太阳光单位面积辐射功率为，水单位面积（研究中忽略薄水槽较小的四侧面积）对周边的散热功率为，则利用给定的字母写出水温稳定时，水对太阳能的吸收效率为_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（4） 你对水吸收太阳能的升温快慢的影响因素还有什么猜想：_ _ _ _ _ _ _ _ 。
任务之三 使用保温材料
1．轻质混凝土通常是用机械方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫，再将泡沫加入含硅质材料、钙质材料、水及各种外加剂等组成的料浆中，经混合搅拌、浇注成型、养护而成的一种多孔材料。在建筑物的内外墙体、层面、楼面、立柱等建筑结构中采用该种材料，一般可使建筑物自重降低左右。由于轻质混凝土中含有大量封闭的细小孔隙，因此具有良好的保温隔热性能。对此下列说法符合题意的是（ ）
A．轻质混凝土的质量一定比通常的混凝土小
B．使用轻质混凝土可以在冬天起到房屋保暖的效果
C．轻质混凝土这种新材料有可能应用在航空航天中
D．轻质混凝土可以完全取代传统的混凝土
2．小明了解到有种说法“在室内穿两件薄衣服比只穿一件厚衣服更保暖”。他采用题图的装置进行实验：在甲、乙两个相同的瓶子中装入等体积的热水，用两层灰色薄棉布包裹着甲瓶（内层紧贴，外层相对宽松），用一层灰色厚棉布紧贴包裹着乙瓶，用数显温度计测量瓶中热水的温度，测得有关数据如题表所示。
题表
室温：
时间/ 0 20 40 60 80
甲瓶水温/ 61.0 56.6 62.5 50.9 48.5
乙瓶水温/ 61.0 55.6 52.3 49.0 45.7
（1） 题表中有一个温度值记录错误，该错误的温度值是_ _ 。水温会先降到的是瓶。已知瓶中水的体积是，该瓶中水的温度降至时，其放出的热量是_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 如果把瓶中的热水换成冰块，瓶中的冰块熔化较慢。分析实验结果，可猜想“在室内穿两件薄衣服比只穿一件厚衣服更保暖”的原因可能是两件薄衣服中间有_ _ 。
（3） 请写出一个生活中与你的猜想相符合的例子：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
任务之四 实践应用
在跨学科实践课上，某小组开展了“设计太阳能发电系统”的项目化学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助完成下列内容。
【项目分解】
（1）设计制作小型太阳能发电装置；
（2）优化太阳能发电系统。
【项目实践】
（1） 设计制作小型太阳能发电装置。
经过前期调查，我们了解到太阳能电池板虽然可以直接将太阳能转化为电能，但成本太高，所以我们想到可以通过“太阳能 内能 机械能 电能”的转化过程来发电。模型设计如下：
为了能将更多的太阳光会聚到烧瓶上，使水更快沸腾，可以换用面积更大的凹面镜，凹面镜利用了光的_ _ 现象。水被加热至沸腾后，利用水蒸气带动发电机发电，发电机是利用_ _ _ _ _ _ _ _ 现象制成的。
（2） 优化太阳能发电系统。
我们发现，这个设计同样存在阳光不足时发电受限的问题。为了解决这个问题，我们觉得如果能一边发电，一边储存一部分太阳能，这样就可以在无阳光时，利用这部分储存的能量继续发电，从而实现全天发电。我们在互联网上查到，我国甘肃敦煌建成了一座的熔盐塔式太阳能光热储能电站，其原理如图所示。
为了更高效的利用太阳能，要挑选反光能力更强的凹面镜来做定日镜。将温度和外形均相同的甲、乙两块凹面镜同时放在太阳光下直射一段时间后，用高敏测温枪测得甲的温度高于乙的温度，则我们应该选择（选填“甲”或“乙”）凹面镜。
该储能电站利用定日镜将阳光聚集在塔顶吸热器上，利用循环泵把的液态熔盐压入吸热器中，被加热到后，流入到高温熔盐罐内，其中一部分高温熔盐再流入到蒸汽发生器中，通过_ _ _ _ _ _ 的方式来改变水的内能，从而将水加热至沸腾，产生高温高压水蒸气推动汽轮发电机来发电。另一部分高温熔盐继续储存在高温熔盐罐内，等无阳光时，就利用这部分高温熔盐所储存的能量继续发电，从而实现全天发电。储能电站的工作过程实际就是利用能量转化来储存能量。
【项目拓展】
在用电低谷时，电网中很多剩余的电能就白白浪费掉了。由于电能无法以电能的形式储存起来，所以只能想其他办法来进行储存。通过地理学科的学习，我们已经知道丹东地区水资源非常丰富，利用水也可以储能。如下图所示，在山顶建一座储能水电站，它是由上水库、下水库、抽水机、发电机等组成，在用电低谷时，利用这座储能电站将多余的电能储存起来，在用电高峰时再将这部分能量变成电能来使用，这样就可以减少电能的浪费。请你简要说明这种储能水电站的工作过程：
（1） 用电低谷时，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
（2） 用电高峰时，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。
第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
任务之一 能源消耗分析
1．（1） 如随手关自来水，减少卫生间冲水次数和冲水量；用洗碗水或洗衣水冲厕所，用淘米水浇花
（2） 采用喷灌和滴灌，从而节约用水
2．（1） C
（2） 内
3．家庭中的灶台、煤炉效率很低，燃料燃烧很不充分，浪费能源； 废弃土灶台、旧煤炉，使用效率高的煤气灶、电磁炉、微波炉； 部分家用电器不能做到人走机停，浪费电能； 用电器尽量做到人走机停； 陈旧的用电设备、输电设备的改造不够深入，大功耗、低效率的设备造成很大的能源浪费； 输电设备、用电设备的技术改造，增加其科技含量，提高能源的利用率
任务之二 利用太阳能
（1） 不合理
（2） 功率
（3） ① 由快到慢
② C
③
（4） 光照的角度
任务之三 使用保温材料
1．B
2．（1） 62.5； 乙；
（2） 甲； 空气
（3） 羽绒服内充满空气更保暖，双层玻璃隔热效果更好
任务之四 实践应用
（1） 反射； 电磁感应
（2） 甲； 热传递
（1） 通过储能水电站来储存电能
（2） 利用储存在上水库中的水通过发电机发电，以补充电网中的电能