1 新考向项目式学习[中]在跨学科实践课上，某小组同学开展了“节约一度电”的项目化学习活动。下面是该小组同学实践的过程，请帮助完成下列内容：
【项目分解】
（1）收集生活中浪费电的现象；（2）讨论该如何节约用电。
【项目实施】
（1）收集生活中浪费电的现象：同学们了解到，家里和学校教室里的电灯不能及时关掉，是一种很普遍的浪费电的现象。另外，学校和家庭生活中家电待机耗电问题常常被忽视，待机通常是指电器关闭遥控器并不关闭电源开关或是没有拔掉电器插头，让电源指示灯一直亮着。
实践小组的同学所在城市以家庭为单位约$7×10^5$户，用电器平均每天按待机20 h计算，参考下表数据，估算每天该城市家庭用电器待机浪费电的总量约为$kW·h$。

（2）讨论该如何节约用电：实践小组的同学认为，节约用电应该从点滴做起，以下措施切实可行。
①随手关灯。根据公式$W=Pt$可知，这样可以节约用电的理由是。
②不让用电器处于待机状态。
③尽量使用节能灯。根据公式$W=Pt$可知，这样可以节约用电的理由是。
实践小组同学所在的学校共有电灯300盏，都是60 W的日光灯，如果都改用20 W的节能灯，平均每天用电4 h，则该学校更换节能灯后每天可节约用电$kW·h$。
【项目拓展】
（1）阶梯电价、分时电价等计费方式也会大大提高人们节约用电的意识。为了提高大家的节约用电意识，某城市实施分时电价，具体方案如下表：

小华留心观察了一下自家电能表，分别记录了她家第一天早8:00、晚21:00和第二天早8:00这三个时刻的读数，如下图所示。则她家这天应付电费元。

（2）发电厂输送电能若能采用由材料制成的电缆，可以大大降低由电流引起的电能损耗。由南方电网深圳供电局研制的相关材料电缆已在深圳正式投入使用，整个项目从设计制造到建设运行，全为自主创新，实现了关键技术的自主可控、关键装备100%国产化，填补了相关国内技术空白，体现了“大国制造”的工艺水准。

1.【项目实施】
(1) $3.92×10^5$
(2) ①随手关灯，可以减小用电器工作的时间，根据公式$W=Pt$可知，在总功率相同时，消耗的电能更少(合理即可)。
③尽量使用节能灯，同等情况下，节能灯的功率更小，根据公式$W=Pt$可知，在用电器工作时间相同时，消耗的电能更少(合理即可)。
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【项目拓展】
(1) 5.6
(2) 超导体 热效应
【解析】【项目实施】(1)每天该城市所有家庭用电器待机总功率$P=(10\ \mathrm{W}+2\ \mathrm{W}+2×3\ \mathrm{W}+10\ \mathrm{W})×7×10^5=1.96×10^7\ \mathrm{W}=1.96×10^4\ \mathrm{kW}$，每天该城市家庭用电器待机浪费电的总量约为$W=Pt=1.96×10^4\ \mathrm{kW}×20\ \mathrm{h}=3.92×10^5\ \mathrm{kW·h}$。
(2)①随手关灯，可以减小用电器工作的时间，根据公式$W=Pt$可知，在总功率相同时，消耗的电能更少(合理即可)。③尽量使用节能灯，同等情况下，节能灯的功率更小，根据公式$W=Pt$可知，在用电器工作时间相同时，消耗的电能更少(合理即可)。实践小组同学所在的学校共有电灯300盏，都是60 W的日光灯，如果都改用20 W的节能灯，减少的总功率$\Delta P=(60\ \mathrm{W}-20\ \mathrm{W})×300=12000\ \mathrm{W}=12\ \mathrm{kW}$，按平均每天用电4 h，则该学校更换节能灯后每天可节约用电量为$\Delta W=\Delta Pt'=12\ \mathrm{kW}×4\ \mathrm{h}=48\ \mathrm{kW·h}$。
【项目拓展】(1)高峰期用电量$W_1=2463.2\ \mathrm{kW·h}-2455.2\ \mathrm{kW·h}=8\ \mathrm{kW·h}$，低谷期用电量$W_2=2467.2\ \mathrm{kW·h}-2463.2\ \mathrm{kW·h}=4\ \mathrm{kW·h}$，则她家这天应付电费$8\ \mathrm{kW·h}×0.55\ \mathrm{元}/(\mathrm{kW·h})+4\ \mathrm{kW·h}×0.30\ \mathrm{元}/(\mathrm{kW·h})=5.6$元。
(2)根据焦耳定律可知，当电流和通电时间相同时，导线产生的热量与电阻成正比，而超导体电阻为0，电流通过时不会发热，故发电厂输送电能若能采用由超导体材料制成的电缆，可以大大降低由电流热效应引起的电能损耗。

【分析】
本题围绕“节约一度电”的项目式学习展开，需结合电能公式$W=Pt$、超导体特性、分时电价规则等知识解题。解题思路如下：
1. 计算家庭待机浪费的电能：先确定每户待机总功率，乘以总户数得到总功率，再结合待机时间，利用$W=Pt$计算总电能，注意单位换算；
2. 分析节约用电的理由：根据$W=Pt$，从“减小工作时间”“降低用电器功率”两个角度，结合控制变量法说明；计算学校更换节能灯节约的电能，先算总功率差，再乘以用电时间；
3. 分时电价电费计算：读取不同时段的电能表读数，算出高峰期和低谷期的用电量，分别乘以对应电价后求和；
4. 输电损耗问题：根据焦耳定律，超导体电阻为0，电流通过时不发热，可降低电流热效应带来的电能损耗。
【解析】
项目实施
(1) 该城市所有家庭待机总功率：$P_{总}=(10\ \mathrm{W}+2\ \mathrm{W}+2×3\ \mathrm{W}+10\ \mathrm{W})×7×10^5=1.96×10^7\ \mathrm{W}=1.96×10^4\ \mathrm{kW}$，
每天待机浪费的电能：$W=P_{总}t=1.96×10^4\ \mathrm{kW}×20\ \mathrm{h}=3.92×10^5\ \mathrm{kW·h}$。
(2) ① 根据公式$W=Pt$，随手关灯时，用电器总功率不变，减小了用电器的工作时间，因此消耗的电能更少；
② 尽量使用节能灯，在用电器工作时间相同时，节能灯的功率更小，根据$W=Pt$，消耗的电能更少；
学校更换节能灯后，总功率减少量：$\Delta P=(60\ \mathrm{W}-20\ \mathrm{W})×300=12000\ \mathrm{W}=12\ \mathrm{kW}$，
每天节约的电能：$\Delta W=\Delta P t'=12\ \mathrm{kW}×4\ \mathrm{h}=48\ \mathrm{kW·h}$。
项目拓展
(1) 高峰期用电量：$W_1=2463.2\ \mathrm{kW·h}-2455.2\ \mathrm{kW·h}=8\ \mathrm{kW·h}$，
低谷期用电量：$W_2=2467.2\ \mathrm{kW·h}-2463.2\ \mathrm{kW·h}=4\ \mathrm{kW·h}$，
应付电费：$8\ \mathrm{kW·h}×0.55\ \mathrm{元/(kW·h)} + 4\ \mathrm{kW·h}×0.30\ \mathrm{元/(kW·h)}=5.6\ \mathrm{元}$。
(2) 根据焦耳定律，电流通过导体产生的热量与电阻成正比，超导体电阻为0，电流通过时不发热，因此采用超导体材料制成的电缆，可大大降低电流热效应引起的电能损耗。
【答案】
$3.92×10^5$；在总功率相同时，减小用电器工作时间，消耗的电能更少；在用电器工作时间相同时，减小用电器功率，消耗的电能更少；$48$；$5.6$；超导体；热效应
【知识点】
电能计算（$W=Pt$）、超导体应用、焦耳定律
【点评】
本题以项目式学习为载体，将物理知识与生活实际结合，既考查核心知识点应用，又引导学生树立节约用电意识，体现了物理的实用性。
【难度系数】
0.6