第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
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的问题？
小明想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。他认为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。
活动1:调查家中能源的使用情况
小明先调查了家中能源的用途、类型,估算出了能源的消耗量,如下表所示。

活动2:选取优化对象与确定改进方法
小明根据上面的调查结果,结合自己家在小区高层楼房的实际情况,决定先从交通方面进行优化。小明计划用新能源汽车取代家中的传统燃油汽车,他广泛收集资料,从新能源汽车和燃油汽车的能源消耗量、环境保护、是否能满足家庭需求等角度做了对比分析。
活动3:制订与检验设计方案
小明利用多条途径收集信息,整理了新能源汽车和传统燃油汽车的对比,如下表所示。

根据表格信息,小明认为新能源汽车既能满足家庭需求,又节能环保,便向爸爸提出了更换新能源汽车的建议。
爸爸听后,对小明的建议表示认同。小明又踏上了选择新能源汽车的探究之旅……
活动4:迁移运用
小明开始了对新能源汽车的实地考察,了解了新能源汽车的相关技术,知道了充电桩如何工作。
(1)用充电桩给电动汽车充电时,电动汽车与该充电桩之间是(选填“串联”或“并联”)的。
(2)电能属于(选填“一次”或“二次”)能源。
(3)小明发现充电桩的导线很粗,这是为了减小导体的,从而使电能(选填“更多”或“更少”)地转化为内能。
(4)我国的电能仍主要来源于火力发电厂,火力发电消耗的煤炭属于(选填“可再生能源”或“不可再生能源”)。
(5)小明了解到很多新能源汽车都有能量回收装置,该装置可将行驶时多余的机械能转化为能,最终转化为电池的能储存起来,从而提高能源利用率,延长续航里程。

(1)串联
(2)二次
(3)电阻 更少
(4)不可再生能源
(5)电 化学

【分析】
本题围绕家庭能源优化的跨学科实践场景，考查能源分类、电路连接、电阻影响因素、能量转化等基础物理知识。解题时需结合对应物理概念和生活实际逐一分析：(1)充电时电流需单向流入电动汽车电池，形成单一路径，对应电路连接类型；(2)根据能源获取方式判断电能类别；(3)结合电阻影响因素和焦耳定律分析导线粗的作用；(4)依据能源是否可再生判断煤炭类别；(5)根据能量转化规律分析回收装置的能量流向。
【解析】
(1) 充电桩给电动汽车充电时，电流需依次通过充电桩、充电线、电动汽车电池，形成单一电流路径，因此二者为串联。
(2) 一次能源是直接从自然界获取的能源，二次能源是由一次能源转化而来的；电能需消耗煤炭、水能等一次能源转化得到，属于二次能源。
(3) 导体电阻与横截面积有关，材料、长度相同时，横截面积越大电阻越小；充电桩导线粗是为了减小电阻，根据焦耳定律Q=I²Rt，电流和时间一定时，电阻越小，产生的内能更少，减少电能损耗。
(4) 煤炭属于化石能源，经漫长地质年代形成，短期内无法再生，因此属于不可再生能源。
(5) 新能源汽车的能量回收装置，将行驶时多余的机械能转化为电能，最终转化为电池的化学能储存，提高能源利用率。
【答案】
(1)串联
(2)二次
(3)电阻；更少
(4)不可再生能源
(5)电；化学
【知识点】
能源分类、串联电路、能量转化
【点评】
本题结合生活实际的跨学科实践场景，将物理基础知识点与能源问题结合，引导学生运用知识解决实际问题，体现了物理学科的实用性，难度适中。
【难度系数】
0.7