技术支持下的物理跨学科项目式学习——以“汽车发动机中的能量利用”主题活动为例

《义务教育物理课程标准(2022年版)》(以下简称“课标”)新增了“跨学科实践”一级主题课程内容,涵盖物理学与日常生活、工程实践和社会发展三个方面。项目式学习具有综合性和实践性的特点,是跨学科教学的有效方式之一。与传统学科教学相比,教师借助信息技术开展跨学科项目式学习活动,资源更丰富,协作更便利。教师利用智慧教育平台整合教学资源可帮助学生深入地了解和探究跨学科主题。学生借助在线协作工具进行沟通和合作,有利于全面发展。笔者结合课标的具体要求与教学活动建议,设计并实施了以“汽车发动机中的能量利用”为主题的跨学科项目式学习活动。

炼化企业能量利用优化案例分析

基于炼化企业生产用能规律及特点,借助流程模拟、对标、大数据分析等方法,中海石油宁波大榭石化有限公司开展了全厂能量利用优化研究,在装置工艺过程、换热网络、低温热合理利用、蒸汽梯级能量利用等方面提出了改进措施和优化方案,并实施了提高DCC装置原料直供比及分馏塔塔顶循环换热流程优化、乙苯装置低温余热回收利用、甲苯塔进料换热网络设计优化、抽提蒸馏装置蒸汽喷射泵技术应用等节能优化改造,每年产生经济效益约5727万元,实现节能36 ktCE(1 tCE=29.3 GJ),减少CO_(2)排放103 kt,全厂低温热利用率提高了16.3%。

溶解氧水平对花鲈幼鱼氧化应激与能量利用的影响及生理机制

为研究低氧胁迫对花鲈(Lateolabrax maculatus)幼鱼血液生理生化、氧化应激和能量利用的影响。本试验将花鲈幼鱼放置于低溶解氧水平下((1.56±0.24)mg/L)胁迫3、6、12和24h,然后在正常溶氧水平下((7.72±0.18)mg/L)恢复3和12h,分别测定了血细胞、血清代谢物以及不同组织中抗氧化酶与能量供应物质。研究表明:低氧胁迫能够使花鲈幼鱼的白细胞数目(WBC)、红细胞数目(RBC)、血红蛋白含量(HGB)和血小板数目(PLT)显著上升(P<0.05),恢复正常溶氧后与对照组无差异;血清中谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、乳酸脱氢酶(LDH)和甘油三脂(TG)的变化与血细胞变化规律较一致,碱性磷酸酶(ALP)、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)和总胆固醇(TC)含量先显著下降(P<0.05)后逐渐上升到正常水平。肝脏中超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽-S-转移酶(GST)呈先增加后减少的趋势,且GST变化在肝组织中较敏感,可作为花鲈在应对氧化应激时的酶学指标;而肝脏中糖原和乳酸含量则在低氧处理后显著降低(P<0.05)。鳃组织中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽-S-转移酶(GST)和丙二醛(MDA)均出现不同程度的升高。肌组织中SOD和CAT活力在低氧处理后显著降低(P<0.05),MDA含量和糖原含量则显著升高(P<0.05)。研究结果显示,低氧胁迫能够对花鲈幼鱼机体造成显著的氧化损伤,使血液生化指标、不同组织的相关酶活力及能量供应发生显著变化,而在恢复正常溶氧水平后又可通过自身生理调节逐渐恢复到正常水平。

盐度对三疣梭子蟹生长、蜕壳及能量利用的影响

在实验室条件下,研究了盐度（15,20,25,30,35）对三疣梭子蟹（Portunus trituberculatus）幼蟹生长、蜕壳和能量利用的影响,探讨了三疣梭子蟹生长的最适盐度、蜕壳与生长的关系以及不同盐度水平下蟹的蜕壳同步性。实验时间为50 d,结果显示：1、盐度显著影响三疣梭子蟹的摄食、生长和能量利用。盐度20、25和30组,三疣梭子蟹的日摄食率（FId）较小,但其食物转化效率（FCEd）较高,其中盐度30组蟹的食物转化效率显著高于盐度15和35组（P〈0.05）,与盐度20和25组差异不显著（P〉0.05）。盐度20、25和30组的能量吸收效率（K1）和净生长效率（K2）显著高于盐度15和35组。实验结束时,盐度30组三疣梭子蟹获得了较高的湿重、相对增重率和特定生长率,且显著高于盐度15和35组（P〈0.05）,而与盐度20和25组间的差异不明显（P〈0.05）。回归分析表明,当水体盐度为26.3时,三疣梭子蟹特定生长率（SGRd）最大。2、不同盐度下,三疣梭子蟹幼蟹从Ⅶ期生长到Ⅹ期的蜕壳周期为18.9~23.5 d,各盐度组间的差异不明显（P〉0.05）,但盐度30组三疣梭子蟹蜕壳周期较其他盐度组缩短了3.1~4.6d。低盐（15）下,三疣梭子蟹出现MDS（蜕壳未遂）死亡,蜕壳受到抑制;而高盐（35）则抑制三疣梭子蟹新壳的硬化,盐度20和25组三疣梭子蟹的蜕壳同步性较好。实验结果初步表明,养殖生产中水体盐度控制在25左右有利于三疣梭子蟹的蜕壳同步及生长。

微波干燥浆果过程中料层电场分布影响能量利用分析

浆果微波干燥时,果浆料层内部的电场随着温度升高和水分下降产生复杂、多变分布,直接影响微波能量的利用和干燥均匀性。为了解析树莓果浆微波干燥过程中的料层内电场分布影响微波能量利用的规律,通过对连续式微波干燥机设置4种输入功率(12、15、18、21 kW),从而控制干燥腔顶部磁控管开启模式,根据开启磁控管的数量和位置的变化进而解析果浆料层上的电场分布及变化规律;建立料层上电磁、质热传递的耦合模型确定果浆料层内的微波能吸收分布,结合料层内温度和水分的变化特性,探明微波干燥腔内的微波传递和能量利用效率规律。结果表明,不同功率下模拟和实测温度的均方根误差值分别为5.8、4.1、6.7、6.9℃,证明用所建立模型表征果浆物料层内的电场强度和微波能吸收分布具有较高的可信度。微波腔内开启磁控管的位置和数量决定横电场或横磁场的平面波,而平面波的入射角决定微波能转化热能能力。矩形磁控管波导开启模式为平行排列,且在长边方向上中心点间距为1/4微波波长的奇数倍时,高低电场的交错分布提高了整个料层的电场均匀性。高均匀分布的电场强度提高了微波能的吸收和转化效率,并改善干燥后物料的温度均匀性。研究结果可为提高连续式微波干燥机的能量利用效率和干燥均匀性提供理论依据。

我国杉木林生物量与能量利用率的研究

根据作者的研究和文献资料系统分析了我国杉木的能量利用、分配及生物生产力的特征和规律，结果表明：杉木不同器官的热值差异明显，平均为１９．９５１ｋＪｇ－１。生物量与密度和年龄呈较好的线性相关。不同地带、生长阶段、海拔高度的杉木光能利用率、能量的分配格局和林分生物量生产率不同；杉木的光合能量利用随不同林龄、密度和立地质量的不同而呈现光补偿点、光饱和点、ＣＯ２补偿点等的不同。总体上，我国杉木林对太阳总辐射和光合有效辐射的现实平均利用率分别为０．３８％和０．８１％，且由大到小依次为中带、南带、北带的规律；叶净光合生产率、生物量生产率、材积生产率也依次为中带、南带、北带，并与林分叶面积指数正相关。我国杉木人工林的培育仍具有很大潜力。

孵化温度对乌龟胚胎能量利用及矿物质代谢的影响

在24℃、27℃、30℃和33℃条件下孵化乌龟(Chinemysreevesii)卵,检测温度对胚胎利用卵内能量和矿物质的影响。孵化温度显著影响乌龟胚胎的能量利用。卵在温和温度下(27℃和30℃)比在高温(33℃)和低温(24℃)孵化有较高的干物质、脂肪和能量转化率。因而,27℃和30℃新生幼体的总能量高于33℃和24℃下孵出的幼体。新生幼体内剩余卵黄随温度升高而增大。27℃下新生幼体的躯干能量显著高于其它温度。此外,孵化温度显著影响乌龟胚胎钙代谢,但对镁和钾代谢影响微弱。24℃下胚胎从卵黄和卵壳吸收的总钙量小于其它温度条件下胚胎,与之相对应,24℃下孵出卵卵壳内残留较多的钙。由此可见,温和温度(27-30℃)可提高胚胎能量转化效率,促进胚胎从卵黄和卵壳吸收较多的矿物质。

不同水分条件下春小麦能量利用与密度的关系

密度制约是植物种内竞争效应之一.叶面是植物与外界环境交换物质、能量的有效渠道之一,叶面积指数是植物种群资源利用率和维系植物碳平衡的重要指标.以叶面积指数为测度,测定不同土壤水分条件下叶面积指数与密度间的关系来判定春小麦有效能量利用与密度间的关系,并得知小麦在营养生长期（抽穗期以前）各水分条件下的叶面积指数均随种植的密度递增,而在抽穗期叶面积指数明显下降,在高密度区（4000～10000）尤为明显,且密度1000～10000的叶面积指数趋于稳定.从拔节期到成熟期水分条件正常的叶面积指数比干旱处理的明显要高,而且主要表现在高密度区,但是它们的变化趋势基本一致.结果表明春小麦的穗粒数、千粒重和产量的变化趋势也是和叶面积指数一致的,这充分反映了叶面积指数与植物种群资源利用率或生物量有着密切的关系,同时表明干旱胁迫抑制了植物群落的能量利用.因此,对植物叶面积的研究将对探讨植物物质能量交换的平衡规律具有重要的意义.

反刍动物饲料组合效应在养分吸收和能量利用上的研究进展

饲料间组合效应是指来自不同饲料来源的营养物质、非营养物质及抗营养物质间互作的整体效应。反刍动物饲料间的组合效应表现得更为突出和普遍。组合效应可能发生在消化和组织代谢2个层面上,但是由于组合效应的复杂性,目前的研究尚未形成系统的理论。本文综述了反刍动物饲料间组合效应的概念、发生,重点分析了组合效应发生时组织代谢层次上可吸收养分平衡性和能量利用的变化。

气流改善泡沫树莓果浆微波干燥均匀性提高能量利用率

为满足浆果低能耗、高品质的生产过程的需要,采用理论分析、数值模拟与台架试验相结合的方法,研究气流与微波协同作用对泡沫果浆干燥均匀性和微波能利用率的影响规律。结果表明:在气流与微波协同干燥中由于物料的介电特性指标及表观导热、气体渗流、气相导热、液相导热等系数变化,从而影响泡沫果浆料层中传热、传质过程。泡沫果浆传热及传质系数变化,影响泡沫果浆内部热传导及水分传递,温度及含水率直接影响泡沫果浆介电特性指标,进而影响物料微波能吸收。气流在料层边界热对流量及料层内的热传导量是表征气流、微波协同作用的主要指标,当料层边界热对流量与内部热传导量比值低于27.79时,气流与微波协同作用产生正向效应,提高微波能利用率;当料层边界热对流量与内部热传导量比值高于27.79时,此协同作用产生负向效应,降低微波能利用率;气流携带泡沫果浆中蒸发出的水蒸气,降低物料表层湿空气压力,导致泡沫果浆气泡的产生和破裂,强化传热传质过程,进而提高料层内温度及含水率分布均匀性。当气流速度小于1.5m/s时,气流速度与干燥均匀性呈显著正相关;当气流速度大于1.5m/s时,气流速度对物料干燥均匀性影响不显著;在气流速度为1.5m/s时,干燥时间短,微波能利用率最高,相比无通风时提高了17.57%,微波能吸收量、温度及含水率分布的均匀度分别提高了20%、19%及27%,符合低能耗、高品质的浆果干燥生产要求,研究结果为浆果微波泡沫干燥工艺优化提供依据。

孵化温度对中华鳖胚胎物质和能量利用的影响

用多重温度组合 [7个恒温 ( 2 3、 2 4、 2 7、 2 8、 3 0、 3 3和 3 4℃ )和 1个波动温度 ( 2 2 3～ 3 2 8℃ ) ]孵化中华鳖 (Pelodiscussinensis)卵 ,检测温度对胚胎利用卵内物质和能量的影响。卵在波动温度和温和温度下( 2 7℃和 2 8℃ )孵化有较高的干物质、脂肪和能量转化率 ,孵出幼体因而含有较多的无机物 ,幼体躯干和脂肪体含有较高的能量。卵在极端高温 ( 3 4℃和 3 3℃ )或极端低温 ( 2 3℃ )下孵化物质和能量转化率较低 ,使得孵出幼体中无机物较少 ,幼体躯干和脂肪体中含能量较低。孵化温度显著影响中华鳖孵出幼体内的能量分配 :2 7℃和 2 8℃孵出幼体含能量较高且相似 ,但 2 7℃孵出幼体剩余卵黄能量小于 2 8℃孵出幼体 ;3 4℃和 2 3℃孵出幼体含能量较低且相似 ,但 2 3℃孵出幼体剩余卵黄能量大于 3 4℃孵出幼体。

煤气改质过程能量利用分析

通过对熔融还原煤气改质过程模型计算分析，得到不同改质条件下进、出改质炉煤气成分、温度的相互关系，以及过程的能量利用状况．研究表明，煤气改质过程可以节约二步法熔融还原的能量消耗，在自平衡条件下，可以达到最佳效果．

流致振动能量利用的研究现状与展望

流致振动现象是典型的流固耦合现象,其在空气动力学、水动力学及海洋动力学中均有涉及。近年来,随着流致振动发电设备的不断涌现,学术界又掀起了新一轮的流致振动研究浪潮。目前,有关流致振动发电的研究内容纷繁多样,并未形成系统的研究体系,因此有必要对流致振动能量利用现状及存在的问题进行系统的整理与分析。首先,详细梳理了圆柱绕流及非圆柱绕流的流致振动研究现状,指明了流致振动能量汲取在海流及风能利用上的巨大潜力;随后,基于现有的研究成果介绍了近几十年来主要的流致振动发电设备的种类、工作原理及应用现状;然后,基于现有的流致振动发电理念全面阐述了流致振动能量转化的研究现状,并剖析了研究当中存在的各类问题;最后,对流致振动能量利用的研究方向提出了建议。

造纸废渣污泥基础特性研究——造纸废渣污泥气化处理能量利用技术研究之一

造纸厂废渣污泥的排放对环境造成严重污染。由于这些废渣污泥具有一定的能量价值 ,所以应该加以利用。为利用生物质气化技术处理废渣污泥 ,本文对其热解特性等进行了基础实验研究 。

炸药非理想爆轰能量释放与能量利用的关系

通过对C-J模型条件下多方状态方程的修正,得到炸药非理想爆轰过程的p-v关系。通过典型炸药算例,讨论了在不同释能速率快慢指数(n)和释能(q)条件下,非理想爆轰膨胀功(W)的相对能量利用趋势,得出W-q与W-n的关系曲线,可为高能常规毁伤技术和战斗部设计中装药非理想爆轰的能量利用效率优化提供理论依据。

造纸废渣污泥气化处理能量利用技术研究——造纸废渣污泥气化处理能量利用技术研究之二

本文提出一套以气化炉装置为主体的集干燥、气化、燃烧于一体的利用生物质气化技术处理造纸废渣污泥的能量回收利用系统。文中详细分析计算了系统的能量平衡 ,并通过气化处理试验研究了废渣污泥的能量利用效果。

滩涂池塘生态系统的光合能量利用及其影响因子

研究了江苏沿海滩涂不同养殖模式下初级生产力特征、能量利用率及其影响因子。结果表明,滩涂养殖水体浮游植物的初级生产力存在垂直分布、日变化和季节的动态变化,这种变化与太阳辐射强度有直接的关系。滩涂养殖水体净初级生产量平均值为(7.58±2.52)gO2/(m.2d),只占毛产量的55.41%,太阳能转化为鲢、鳙鱼产量的生态效率为0.020%～0.029%,这些指标低于我国高产养殖塘,鱼塘生态系统结构有待进一步优化。浮游植物生物量、透明度、N/P值、Mg2+浓度等因素显著影响水体初级生产力的大小,多元逐步回归表明浮游植物叶绿素含量和到达水体表面的太阳辐射强度是初级生产力的最主要因子,其回归方程为:Pg=0.0785Cha+0.0577Iλ0+1.346;n=22,FCha>FIλ0>F0.1,而盐度、Na+、Cl-浓度影响不显著。

提高瘤胃微生物能量利用效率及生物量的措施

反刍动物瘤胃微生物发酵产生的挥发性脂肪酸,不仅为机体提供能量,还是微生物自身生长的能源。瘤胃微生物并不是把瘤胃发酵的产能都用于生长,部分被用于自身维持、贮存(合成糖原)以及产热散失(能量溢出)。因此,了解微瘤胃生物利用能量的规律,并优化瘤胃微生物的能量利用率及其生物合成量是提高瘤胃微生物效率的关键。论文综述了瘤胃微生物对能量的利用规律,通过协同日粮蛋白质调控来降低能量损失,改善能量利用的效率。

孵化时期罗斯鸡蛋组分及其能量利用的研究

１．观测罗斯鸡受精蛋２０３只，入孵开始时蛋重６０．９４克（ＳＤ＝４．７７），孵化期２１天，减轻１８．４１％。２．入孵前，鲜蛋壳占蛋重１Ｏ．６７％，蛋黄占２８．９０％，白蛋白占６０．４３％；干蛋壳占全干重２９．５８％，干蛋黄重占４６．２９％，干白蛋白占２４．１３％。至孵化第１９日龄，白蛋白已全部被吸收；至新雏鸡时，鲜蛋黄尚剩余３８．４％，鲜蛋壳剩余７９．１％。３．刚出壳新雏鸡总体重４４．５７８９克，占入孵开始时蛋重７３．１５％；不含剩余蛋黄体重为３７．８２２０克，占入孵时蛋重６２．０６％，即物质总利用率为６２．０６％。４．蛋内含物的总能量，入孵开始时９９．４７ｋｃａｌ（４１６．４８ｋＪ），但随着胚胎增长而减少，至新雏鸡出壳时减少３２．５８ｋｃａｌ（１３６．４０ｋＪ），即能量损耗３２．７５％。

废旧电路板非金属材料粉的能量利用实验与分析

为了实现废旧电路板非金属材料粉的资源化再利用,通过对废旧印刷电路板非金属材料的焚烧过程和机理进行研究与分析,采用流化床焚烧装置处理已经被破碎的废旧印刷电路板非金属材料粉,在提取其中的玻璃纤维的同时,使非金属粉中的树脂尽量充分焚烧,并且测量排气温度,从而确定废旧印刷电路板中树脂焚烧之后能量利用的可行性。结果表明:在600℃的床温下,废旧电路板非金属粉已经充分燃烧并能提取出高纯度的玻璃纤维,同时焚烧烟气中存在大量可利用的热能,且二英排放符合环保要求。