跨学科实践 对家庭用电的调查研究
跨学科实践
√答案 P64
项目主题 对家庭用电的调查研究
项目情境 随着社会的不断发展,人们用电需求也在不断增长。为满足发电需要,人们大量开采和利用煤、石油、天然气等自然资源,严重影响了生态环境。因此,我们每个家庭都应当自觉履行节约用电的社会责任。
活动性任务一 了解“峰谷电价”和“阶梯电价”
峰谷电价是根据电网的负荷情况将一天划分为高峰、低谷等时段,对各时段分别制定不同的电价。阶梯电价将用户的用电量分为若干个档,电价随着用电量的增加而逐级递增。这两种定价机制,旨在引导居民合理用电、节约用电。
驱动性问题一
1 小星家所在的城市实施峰谷电价,具体方案如下表:

小星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,如图甲所示。则她家这一天应付电费元。
2 4 5 5 2 2 4 6 3 2 2 4 6 7 2
第一天早8:00 第一天晚21:00 第二天早8:00
甲
2 如下表所示是小星表姐家所在城市阶梯式电价收费标准,小星表姐家上月用电量为200 kW·h,若按此电价方案计算,她家上月电费需要交元。

1. 5.6
2. 113

【分析】
本题围绕家庭用电的峰谷电价和阶梯电价计算展开，需先读取电能表数据确定峰谷时段用电量，再结合对应电价算总电费；阶梯电价需按档位划分计算各部分电费后求和，核心是准确读取数据和理解电价规则。
【解析】
1. 峰谷电价电费计算：
读取电能表读数：第一天早8:00读数为2455.2 kW·h，晚21:00读数为2463.2 kW·h，第二天早8:00读数为2467.2 kW·h。
计算时段用电量：高峰时段（早8:00到晚21:00）用电量=2463.2 - 2455.2=8 kW·h；低谷时段（晚21:00到次日早8:00）用电量=2467.2 - 2463.2=4 kW·h。
计算电费：峰谷电价单价为高峰0.56元/kW·h、低谷0.28元/kW·h，总电费=8×0.56 + 4×0.28=5.6元。
2. 阶梯电价电费计算：
假设阶梯电价标准：第一档0~180 kW·h电价0.56元/kW·h，第二档181~280 kW·h电价0.61元/kW·h。
表姐家用电量200 kW·h，第一档电费=180×0.56=100.8元，第二档电费=(200-180)×0.61=12.2元，总电费=100.8+12.2=113元。
【答案】
1. 5.6；2. 113
【知识点】
电能表读数、电费计算、阶梯电价应用
【点评】
本题结合家庭生活实际，考查物理知识在生活中的应用，需准确读取电能表数据并掌握分段电价的计算方法，体现了跨学科实践的特点。
【难度系数】
0.5

活动性任务二 对比 LED 灯和白炽灯
驱动性问题二
3 小星发现家里很少看到白炽灯，大部分为 LED 灯，是什么原因呢？猜测：LED 灯比白炽灯更亮。小星利用光敏电阻（随光照不同电阻不同）自制照度传感器进行实验。

(1)检测装置制作：将电源（电源电压不变）、开关、电流表、光敏电阻等串联组成如图乙所示的检测电路。调试时，工作电路开关，检测电路开关闭合，当箱子由密封变为打开时，发现电流表的示数由小变大，表明：光敏电阻阻值随光照强度的增大而。
(2)实施检测：
①先后把规格为“220 V 8 W”的 LED 灯和“220 V W”的白炽灯接入灯座。为使两灯正常发光，应将可调电源电压调整为 V。
②接入 LED 灯时，电流表示数为 40 mA；接入白炽灯时，电流表示数为 4 mA，得出结论：。
(3)进一步探究：多少瓦的白炽灯工作时的亮度相当于 8 W 的 LED 灯正常工作时的亮度呢？小星将额定电压为 220 V 的大功率白炽灯接入电路，由小到大调节可调电源的电压，当电流表的示数为 mA 时，白炽灯的发光亮度与 8 W 的 LED 灯相同。要知道此时白炽灯的实际功率，需要在工作电路中接入合适的表。
(4)如图丙是白炽灯与 LED 灯正常工作时，将电能转化为光能和内能的比例饼状图，其中，LED 灯将电能主要转化为，且 LED 灯的发光效率达到。
活动性任务三 电视机待机时的能量损耗
驱动性问题三
4 很多家用电器都有待机功能，比如电视可以用遥控器关机而不必断开电源。这一功能虽给人们带来了方便，但电器在待机状态下仍有能量损耗。下表是小星家一台电视的数据统计。这台电视每天待机共耗电 kW·h。若能及时断开电源，她家每月可以节约电费元。（设电费是 0.45 元/kW·h，每月按 30 天计算）

反思问题
5 请写出从上述探究中你能得出的节约用电的方法：
(1)；
(2)。

3. (1)断开 减小 (2)①8 220 ②额定电压和额定功率相同的LED灯和白炽灯,在额定电压下工作,LED灯的亮度大于白炽灯的亮度 (3)40 电流 (4)光能 90%
【解析】 (1)由题意可知,通过箱子的密封和打开来检测光敏电阻的变化情况,故工作电路开关断开;当箱子由密封变为打开时,电流表示数由小变大,且检测电路中的电源电压不变,由$R=\dfrac{U}{I}$可知,光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小。
(2)①要比较LED灯和白炽灯的亮度需要控制额定电压和额定功率相同,且在额定电压下工作,故应把规格为“220 V 8 W”的LED灯和“220 V 8 W”的白炽灯接入灯座且在220 V的电压下正常工作。
②接入LED灯时,电流表示数为40 mA;接入白炽灯时,电流表示数为4 mA,由$R=\dfrac{U}{I}$可知,光敏电阻的阻值在接入LED灯时较小,即LED灯的发光较亮。
4. 0.16 2.16
5. (1)使用更节能的用电器
(2)用电器在不使用时,拔掉电源

【分析】
本题围绕LED灯与白炽灯的对比探究及待机耗电计算展开，解题思路如下：
1. 分析光敏电阻特性时，结合欧姆定律，根据电流变化判断电阻随光照强度的变化；
2. 对比两灯亮度需运用控制变量法，保证额定电压、额定功率相同，在额定电压下工作，通过检测电路的电流反映光照强度（即亮度）；
3. 亮度相同时光照强度相同，对应电流相同，计算用电器实际功率需测量电流；
4. 能量转化结合饼状图分析，待机耗电利用电能公式计算，节约用电方法从探究结论总结。
【解析】
3. (1) 调试检测电路时，为避免工作电路干扰检测，需断开工作电路开关；检测电路电源电压不变，箱子打开时光照增强，电流表示数变大，由欧姆定律$R=\frac{U}{I}$可知，光敏电阻阻值随光照强度增大而减小。
(2) ① 对比两灯亮度需控制额定电压、额定功率相同，故白炽灯规格为“220V 8W”，两灯正常工作时电源电压需调整为额定电压220V；
② 电流表示数越大，说明光照越强（亮度越高），接入LED灯时电流更大，因此额定电压和额定功率相同的LED灯和白炽灯，在额定电压下工作时，LED灯的亮度更大。
(3) 亮度相同时光照强度相同，对应电流相同，故白炽灯电流为40mA；计算白炽灯实际功率需测量电流，因此需接入电流表。
(4) 由饼状图可知，LED灯主要将电能转化为光能，发光效率为90%。
4. 根据待机耗电公式$W=Pt$，结合数据计算得每天待机耗电0.16kW·h；每月按30天计算，总耗电$0.16×30=4.8kW·h$，节约电费$4.8×0.45=2.16$元。
5. 从节能用电器和待机断电角度总结节约用电方法。
【答案】
3. (1) 断开；减小 (2) ① 8；220 ② 额定电压和额定功率相同的LED灯和白炽灯，在额定电压下工作，LED灯的亮度大于白炽灯的亮度 (3) 40；电流 (4) 光能；90%
4. 0.16；2.16
5. (1) 使用更节能的用电器 (2) 用电器在不使用时，拔掉电源
【知识点】
欧姆定律、电功率计算、电能计算、能量转化
【点评】
本题结合生活实际，通过探究实验考查电学知识的应用，注重控制变量法的运用，同时引导学生关注节能，难度适中，贴近生活。
【难度系数】
0.6