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项目主题 设计一个节能方案
项目情境 “地球一小时”是一项全球性节能活动，你知道$1\ \mathrm{kW·h}$电可以做什么吗？请你和大家一起进行调查研究，设计一个节能方案
了解“地球一小时”，关注每年的活动主题及环保建议
“地球一小时”是世界自然基金会(WWF)应对全球气候变化所提出的一项倡议，每年3月最后一个星期六的20:30—21:30熄灯一小时。
活动任务一
(1) 倡导“地球一小时”活动，主要是表明全球应对
(2) 世界自然基金会倡导的“地球一小时”活动是通过关灯的方式减少通电
(3) 用新型的节能LED灯代替白炽灯照明是通过减小用电器
(4) 在活动开始那一刻，某市电网负荷实时监测系统显示，此时该市用电负荷比正常负荷降低7万千瓦·时左右。若这些电均由火力发电厂燃烧煤炭转化而来，那么这一个小时内能省
(5) “地球一小时”活动倡导低碳生活。下列行为不符合这一主题的是 (
A. 充电器不用时及时拔下插头
B. 作业本双面使用，节约纸张
C. 提倡使用一次性木筷
D. 骑单车出行
(6) 我国出台了一系列有关“家电下乡”的政策，对购买高能效、低能耗的家电产品实行政府财政补贴，就国家这一政策对能源与社会发展带来的影响，发表你的看法：
活动任务二
调查家中主要用电器的电功率，估算月用电费用，设计节能方案
计算家用电器每天的耗电量，填在表格中。
|序号|家用电器名称|数量|功率/W|每天使用时间|耗电量/(kW·h)|
|----|----|----|----|----|----|
|1|电灯|5盏|20|2 h| |
|2|电视机|1台|150|2 h| |
|3|洗衣机|1台|500|48 min| |
|4|电饭煲|1个|600|1 h| |
|5|电热水壶|1个|800|24 min| |
|6|电热水器|1台|1 000|1.5 h| |
(1) 通过统计，我们发现该家庭一天的耗电量是
(2) 某天傍晚，小星家只有一台用电器连续工作了1 h，消耗了$1\ \mathrm{kW·h}$电能，请你求出这个家用电器的实际功率是
(3) 洗衣机工作时主要是将
(4) 从节能环保方面考虑，请你给小星提一点建议：
拓展研究
(开放性试题)随着科技的发展，采用新技术、新材料、新工艺等可以降低家用电器的能耗。请写出一条关于不同节能技术的利弊：
项目情境 “地球一小时”是一项全球性节能活动，你知道$1\ \mathrm{kW·h}$电可以做什么吗？请你和大家一起进行调查研究，设计一个节能方案
了解“地球一小时”，关注每年的活动主题及环保建议
“地球一小时”是世界自然基金会(WWF)应对全球气候变化所提出的一项倡议，每年3月最后一个星期六的20:30—21:30熄灯一小时。
活动任务一
(1) 倡导“地球一小时”活动，主要是表明全球应对
气候
变化的决心。(2) 世界自然基金会倡导的“地球一小时”活动是通过关灯的方式减少通电
时间
来减少消耗的电能。(3) 用新型的节能LED灯代替白炽灯照明是通过减小用电器
功率
来减少消耗的电能。$1\ \mathrm{kW·h}$的电能可供标有“220 V 10 W”的LED灯正常发光100
h；某品牌一盏“220 V 100 W”的白炽灯发光效率仅为8%，其亮度相当于一盏“220 V 10 W”LED灯的亮度，则该品牌的LED灯发光效率为80
%。(4) 在活动开始那一刻，某市电网负荷实时监测系统显示，此时该市用电负荷比正常负荷降低7万千瓦·时左右。若这些电均由火力发电厂燃烧煤炭转化而来，那么这一个小时内能省
11.2
t煤炭。（相关信息：①电站锅炉的能转换效率高达90%；②煤炭的热值为$2.5×10^7\ \mathrm{J/kg}$）(5) “地球一小时”活动倡导低碳生活。下列行为不符合这一主题的是 (
C
)A. 充电器不用时及时拔下插头
B. 作业本双面使用，节约纸张
C. 提倡使用一次性木筷
D. 骑单车出行
(6) 我国出台了一系列有关“家电下乡”的政策，对购买高能效、低能耗的家电产品实行政府财政补贴，就国家这一政策对能源与社会发展带来的影响，发表你的看法：
使用高效家电产品,有效提高能源利用率,实现节能减排,保护环境
活动任务二
调查家中主要用电器的电功率，估算月用电费用，设计节能方案
计算家用电器每天的耗电量，填在表格中。
|序号|家用电器名称|数量|功率/W|每天使用时间|耗电量/(kW·h)|
|----|----|----|----|----|----|
|1|电灯|5盏|20|2 h| |
|2|电视机|1台|150|2 h| |
|3|洗衣机|1台|500|48 min| |
|4|电饭煲|1个|600|1 h| |
|5|电热水壶|1个|800|24 min| |
|6|电热水器|1台|1 000|1.5 h| |
(1) 通过统计，我们发现该家庭一天的耗电量是
3.32
度，一个月(30天)的耗电量约为99.6
度，要交电费约为49.8
元。(1度电的费用为0.5元)(2) 某天傍晚，小星家只有一台用电器连续工作了1 h，消耗了$1\ \mathrm{kW·h}$电能，请你求出这个家用电器的实际功率是
1 kW
。你认为这个家用电器可能是空调还是电视机？空调
。若小星家的电能表上标有“$3\ 000\ \mathrm{r/(kW·h)}$”，则在20 min内这只电能表的转盘转1 000
转。(3) 洗衣机工作时主要是将
电
能转化为机械
能，同时也有一部分电能转化为内
能。(4) 从节能环保方面考虑，请你给小星提一点建议：
随手关灯(答案合理即可)
拓展研究
(开放性试题)随着科技的发展，采用新技术、新材料、新工艺等可以降低家用电器的能耗。请写出一条关于不同节能技术的利弊：
变频技术
利:变频技术可以根据实际需求调整功率输出,有效减少能源浪费。例如,在冰箱、空调等设备中,采用变频技术的压缩机和马达可以显著降低能耗;变频技术可以提高电器设备的使用效率,还能有效延长其使用寿命。
弊:变频技术的设备成本相对较高;在某些使用场景下,变频技术的节能效果可能并不明显
利:变频技术可以根据实际需求调整功率输出,有效减少能源浪费。例如,在冰箱、空调等设备中,采用变频技术的压缩机和马达可以显著降低能耗;变频技术可以提高电器设备的使用效率,还能有效延长其使用寿命。
弊:变频技术的设备成本相对较高;在某些使用场景下,变频技术的节能效果可能并不明显
答案
【活动任务一】
(1)气候 (2)时间 (3)功率 100 80 (4)11.2 (5)C (6)使用高效家电产品,有效提高能源利用率,实现节能减排,保护环境
【解析】 (3)$1\ \mathrm{kW· h}$的电能可供标有“220 V 10 W”的LED灯正常发光的时间$t=\frac{W}{P_{\mathrm{LED}}}=\frac{1\ \mathrm{kW· h}}{1 × 10^{-2}\ \mathrm{kW}}=100\ \mathrm{h}$。家庭中用新型的节能LED灯代替白炽灯照明,使用电器功率减小,从而减少电能的消耗;灯的发光效率等于转化为光能的功率与消耗电能的功率之比,即$\eta=\frac{P_{光}}{P}$,因10 W的节能灯与100 W的白炽灯在正常工作时发光效果相当,所以两灯泡获得光能的功率相等,则$P_{白}\eta_{白}=P_{节}\eta_{节}$,即$100\ \mathrm{W} × 8\%=10\ \mathrm{W} × \eta_{节}$,解得该节能灯的发光效率$\eta_{节}=80\%$。
(4)由题意可知,节约的电能$\Delta W'=7 × 10^4\ \mathrm{kW· h}=7 × 10^4 × 3.6 × 10^6\ \mathrm{J}=2.52 × 10^{11}\ \mathrm{J}$,则煤炭完全燃烧释放的热量$Q_{放}=\frac{\Delta W'}{\eta}=\frac{2.52 × 10^{11}\ \mathrm{J}}{90\%}=2.8 × 10^{11}\ \mathrm{J}$,故节约煤炭的质量$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.8 × 10^{11}\ \mathrm{J}}{2.5 × 10^7\ \mathrm{J/kg}}=1.12 × 10^4\ \mathrm{kg}=11.2\ \mathrm{t}$。
【活动任务二】
0.2 0.3 0.4 0.6 0.32 1.5
(1)3.32 99.6 49.8 (2)1 kW 空调 1 000
(3)电 机械 内
(4)随手关灯(答案合理即可)
【解析】 电灯每天的耗电量$W_1=5P_1t_1=5 × 20 × 10^{-3}\ \mathrm{kW} × 2\ \mathrm{h}=0.2\ \mathrm{kW· h}$;同理算出其他用电器消耗的电能分别为$0.3\ \mathrm{kW· h}$、$0.4\ \mathrm{kW· h}$、$0.6\ \mathrm{kW· h}$、$0.32\ \mathrm{kW· h}$、$1.5\ \mathrm{kW· h}$。
(1)该家庭一天的耗电量$W_总=W_1+W_2+W_3+W_4+W_5+W_6=0.2\ \mathrm{kW· h}+0.3\ \mathrm{kW· h}+0.4\ \mathrm{kW· h}+0.6\ \mathrm{kW· h}+0.32\ \mathrm{kW· h}+1.5\ \mathrm{kW· h}=3.32\ \mathrm{kW· h}$;一个月(30天)的耗电量$W_总'=30W_总=30 × 3.32\ \mathrm{kW· h}=99.6\ \mathrm{kW· h}$;要交的电费约为$99.6\ \mathrm{kW· h} × 0.5$元/($\mathrm{kW· h}$)$=49.8$元。
(2)用电器的实际功率$P=\frac{W}{t}=\frac{1\ \mathrm{kW· h}}{1\ \mathrm{h}}=1\ \mathrm{kW}$;一般情况下,电视机的功率约为100~300 W,空调的功率约为1 kW,故这个家用电器可能是空调。由“$3\ 000\ \mathrm{r/(kW· h)}$”可知,电能表1 h转3 000 r,则20 min$=\frac{1}{3}\ \mathrm{h}$转的转数是$3\ 000\ \mathrm{r} × \frac{1}{3}=1\ 000\ \mathrm{r}$。
【拓展研究】
变频技术
利:变频技术可以根据实际需求调整功率输出,有效减少能源浪费。例如,在冰箱、空调等设备中,采用变频技术的压缩机和马达可以显著降低能耗;变频技术可以提高电器设备的使用效率,还能有效延长其使用寿命。
弊:变频技术的设备成本相对较高;在某些使用场景下,变频技术的节能效果可能并不明显
(1)气候 (2)时间 (3)功率 100 80 (4)11.2 (5)C (6)使用高效家电产品,有效提高能源利用率,实现节能减排,保护环境
【解析】 (3)$1\ \mathrm{kW· h}$的电能可供标有“220 V 10 W”的LED灯正常发光的时间$t=\frac{W}{P_{\mathrm{LED}}}=\frac{1\ \mathrm{kW· h}}{1 × 10^{-2}\ \mathrm{kW}}=100\ \mathrm{h}$。家庭中用新型的节能LED灯代替白炽灯照明,使用电器功率减小,从而减少电能的消耗;灯的发光效率等于转化为光能的功率与消耗电能的功率之比,即$\eta=\frac{P_{光}}{P}$,因10 W的节能灯与100 W的白炽灯在正常工作时发光效果相当,所以两灯泡获得光能的功率相等,则$P_{白}\eta_{白}=P_{节}\eta_{节}$,即$100\ \mathrm{W} × 8\%=10\ \mathrm{W} × \eta_{节}$,解得该节能灯的发光效率$\eta_{节}=80\%$。
(4)由题意可知,节约的电能$\Delta W'=7 × 10^4\ \mathrm{kW· h}=7 × 10^4 × 3.6 × 10^6\ \mathrm{J}=2.52 × 10^{11}\ \mathrm{J}$,则煤炭完全燃烧释放的热量$Q_{放}=\frac{\Delta W'}{\eta}=\frac{2.52 × 10^{11}\ \mathrm{J}}{90\%}=2.8 × 10^{11}\ \mathrm{J}$,故节约煤炭的质量$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.8 × 10^{11}\ \mathrm{J}}{2.5 × 10^7\ \mathrm{J/kg}}=1.12 × 10^4\ \mathrm{kg}=11.2\ \mathrm{t}$。
【活动任务二】
0.2 0.3 0.4 0.6 0.32 1.5
(1)3.32 99.6 49.8 (2)1 kW 空调 1 000
(3)电 机械 内
(4)随手关灯(答案合理即可)
【解析】 电灯每天的耗电量$W_1=5P_1t_1=5 × 20 × 10^{-3}\ \mathrm{kW} × 2\ \mathrm{h}=0.2\ \mathrm{kW· h}$;同理算出其他用电器消耗的电能分别为$0.3\ \mathrm{kW· h}$、$0.4\ \mathrm{kW· h}$、$0.6\ \mathrm{kW· h}$、$0.32\ \mathrm{kW· h}$、$1.5\ \mathrm{kW· h}$。
(1)该家庭一天的耗电量$W_总=W_1+W_2+W_3+W_4+W_5+W_6=0.2\ \mathrm{kW· h}+0.3\ \mathrm{kW· h}+0.4\ \mathrm{kW· h}+0.6\ \mathrm{kW· h}+0.32\ \mathrm{kW· h}+1.5\ \mathrm{kW· h}=3.32\ \mathrm{kW· h}$;一个月(30天)的耗电量$W_总'=30W_总=30 × 3.32\ \mathrm{kW· h}=99.6\ \mathrm{kW· h}$;要交的电费约为$99.6\ \mathrm{kW· h} × 0.5$元/($\mathrm{kW· h}$)$=49.8$元。
(2)用电器的实际功率$P=\frac{W}{t}=\frac{1\ \mathrm{kW· h}}{1\ \mathrm{h}}=1\ \mathrm{kW}$;一般情况下,电视机的功率约为100~300 W,空调的功率约为1 kW,故这个家用电器可能是空调。由“$3\ 000\ \mathrm{r/(kW· h)}$”可知,电能表1 h转3 000 r,则20 min$=\frac{1}{3}\ \mathrm{h}$转的转数是$3\ 000\ \mathrm{r} × \frac{1}{3}=1\ 000\ \mathrm{r}$。
【拓展研究】
变频技术
利:变频技术可以根据实际需求调整功率输出,有效减少能源浪费。例如,在冰箱、空调等设备中,采用变频技术的压缩机和马达可以显著降低能耗;变频技术可以提高电器设备的使用效率,还能有效延长其使用寿命。
弊:变频技术的设备成本相对较高;在某些使用场景下,变频技术的节能效果可能并不明显
解析
【分析】
本题围绕“地球一小时”和家庭用电节能展开，需结合电能、电功率、热值等物理知识，以及环保理念解题。首先明确每个问题对应的物理概念，如减少电能消耗的方式（时间、功率），利用公式$W=Pt$计算电能，发光效率的关系，煤炭质量的计算需结合能量转化效率和热值，还有低碳生活的判断、家电能耗计算等，逐步分析每个小问的逻辑，确保计算和概念应用正确。
【解析】
【活动任务一】
(1) “地球一小时”是应对全球气候变化的倡议，故填气候。
(2) 关灯减少通电时间，从而减少电能消耗，填时间。
(3) 用LED灯代替白炽灯是减小用电器功率来节能；LED灯发光时间：$t=\frac{W}{P}=\frac{1\ \mathrm{kW·h}}{0.01\ \mathrm{kW}}=100\ \mathrm{h}$；亮度相同时，光能功率相等，$P_{白}\eta_{白}=P_{节}\eta_{节}$，即$100\ \mathrm{W}×8\%=10\ \mathrm{W}×\eta_{节}$，解得$\eta_{节}=80\%$。
(4) 节约电能$\Delta W=7×10^4\ \mathrm{kW·h}=2.52×10^{11}\ \mathrm{J}$，煤炭燃烧放热$Q_{放}=\frac{\Delta W}{\eta}=\frac{2.52×10^{11}\ \mathrm{J}}{90\%}=2.8×10^{11}\ \mathrm{J}$，煤炭质量$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.8×10^{11}\ \mathrm{J}}{2.5×10^7\ \mathrm{J/kg}}=1.12×10^4\ \mathrm{kg}=11.2\ \mathrm{t}$。
(5) 一次性木筷消耗木材，不符合低碳，选C。
(6) 高能效家电可提高能源利用率，节能减排，保护环境。
【活动任务二】
表格耗电量计算：$W=Pt$，单位转换为kW·h：
电灯：$5×0.02\ \mathrm{kW}×2\ \mathrm{h}=0.2\ \mathrm{kW·h}$；电视机：$0.15\ \mathrm{kW}×2\ \mathrm{h}=0.3\ \mathrm{kW·h}$；洗衣机：$0.5\ \mathrm{kW}×0.8\ \mathrm{h}=0.4\ \mathrm{kW·h}$；电饭煲：$0.6\ \mathrm{kW}×1\ \mathrm{h}=0.6\ \mathrm{kW·h}$；电热水壶：$0.8\ \mathrm{kW}×0.4\ \mathrm{h}=0.32\ \mathrm{kW·h}$；电热水器：$1\ \mathrm{kW}×1.5\ \mathrm{h}=1.5\ \mathrm{kW·h}$。
(1) 一天总耗电：$0.2+0.3+0.4+0.6+0.32+1.5=3.32\ \mathrm{kW·h}$；一月耗电：$3.32×30=99.6\ \mathrm{kW·h}$；电费：$99.6×0.5=49.8$元。
(2) 功率：$P=\frac{W}{t}=\frac{1\ \mathrm{kW·h}}{1\ \mathrm{h}}=1\ \mathrm{kW}$，空调功率约1kW，电视机约100~300W，故是空调；电能表转数：$3000\ \mathrm{r/(kW·h)}×\frac{20}{60}\ \mathrm{h}=1000\ \mathrm{r}$。
(3) 洗衣机工作时电能转化为机械能，部分转化为内能。
(4) 节能建议：随手关灯（合理即可）。
【拓展研究】
变频技术：利：可调整功率输出，减少能源浪费，提高设备效率，延长使用寿命；弊：设备成本高，部分场景节能效果不明显。
【答案】
【活动任务一】
(1)气候 (2)时间 (3)功率 100 80 (4)11.2 (5)C (6)使用高效家电产品，有效提高能源利用率，实现节能减排，保护环境
【活动任务二】
表格：0.2 0.3 0.4 0.6 0.32 1.5
(1)3.32 99.6 49.8 (2)1 kW 空调 1 000 (3)电 机械 内 (4)随手关灯（合理即可）
【拓展研究】
变频技术，利：可调整功率输出，减少能源浪费，提高设备效率，延长使用寿命；弊：设备成本高，部分场景节能效果不明显
【知识点】
电能计算、电功率、热值计算、低碳生活
【点评】
本题结合生活实际，将物理知识与环保理念融合，考查了电能、电功率、热值等核心知识点，需要学生掌握公式应用和实际问题分析，难度适中，能引导学生关注节能与环保。
【难度系数】
0.6
本题围绕“地球一小时”和家庭用电节能展开，需结合电能、电功率、热值等物理知识，以及环保理念解题。首先明确每个问题对应的物理概念，如减少电能消耗的方式（时间、功率），利用公式$W=Pt$计算电能，发光效率的关系，煤炭质量的计算需结合能量转化效率和热值，还有低碳生活的判断、家电能耗计算等，逐步分析每个小问的逻辑，确保计算和概念应用正确。
【解析】
【活动任务一】
(1) “地球一小时”是应对全球气候变化的倡议，故填气候。
(2) 关灯减少通电时间，从而减少电能消耗，填时间。
(3) 用LED灯代替白炽灯是减小用电器功率来节能；LED灯发光时间：$t=\frac{W}{P}=\frac{1\ \mathrm{kW·h}}{0.01\ \mathrm{kW}}=100\ \mathrm{h}$；亮度相同时，光能功率相等，$P_{白}\eta_{白}=P_{节}\eta_{节}$，即$100\ \mathrm{W}×8\%=10\ \mathrm{W}×\eta_{节}$，解得$\eta_{节}=80\%$。
(4) 节约电能$\Delta W=7×10^4\ \mathrm{kW·h}=2.52×10^{11}\ \mathrm{J}$，煤炭燃烧放热$Q_{放}=\frac{\Delta W}{\eta}=\frac{2.52×10^{11}\ \mathrm{J}}{90\%}=2.8×10^{11}\ \mathrm{J}$，煤炭质量$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.8×10^{11}\ \mathrm{J}}{2.5×10^7\ \mathrm{J/kg}}=1.12×10^4\ \mathrm{kg}=11.2\ \mathrm{t}$。
(5) 一次性木筷消耗木材，不符合低碳，选C。
(6) 高能效家电可提高能源利用率，节能减排，保护环境。
【活动任务二】
表格耗电量计算：$W=Pt$，单位转换为kW·h：
电灯：$5×0.02\ \mathrm{kW}×2\ \mathrm{h}=0.2\ \mathrm{kW·h}$；电视机：$0.15\ \mathrm{kW}×2\ \mathrm{h}=0.3\ \mathrm{kW·h}$；洗衣机：$0.5\ \mathrm{kW}×0.8\ \mathrm{h}=0.4\ \mathrm{kW·h}$；电饭煲：$0.6\ \mathrm{kW}×1\ \mathrm{h}=0.6\ \mathrm{kW·h}$；电热水壶：$0.8\ \mathrm{kW}×0.4\ \mathrm{h}=0.32\ \mathrm{kW·h}$；电热水器：$1\ \mathrm{kW}×1.5\ \mathrm{h}=1.5\ \mathrm{kW·h}$。
(1) 一天总耗电：$0.2+0.3+0.4+0.6+0.32+1.5=3.32\ \mathrm{kW·h}$；一月耗电：$3.32×30=99.6\ \mathrm{kW·h}$；电费：$99.6×0.5=49.8$元。
(2) 功率：$P=\frac{W}{t}=\frac{1\ \mathrm{kW·h}}{1\ \mathrm{h}}=1\ \mathrm{kW}$，空调功率约1kW，电视机约100~300W，故是空调；电能表转数：$3000\ \mathrm{r/(kW·h)}×\frac{20}{60}\ \mathrm{h}=1000\ \mathrm{r}$。
(3) 洗衣机工作时电能转化为机械能，部分转化为内能。
(4) 节能建议：随手关灯（合理即可）。
【拓展研究】
变频技术：利：可调整功率输出，减少能源浪费，提高设备效率，延长使用寿命；弊：设备成本高，部分场景节能效果不明显。
【答案】
【活动任务一】
(1)气候 (2)时间 (3)功率 100 80 (4)11.2 (5)C (6)使用高效家电产品，有效提高能源利用率，实现节能减排，保护环境
【活动任务二】
表格：0.2 0.3 0.4 0.6 0.32 1.5
(1)3.32 99.6 49.8 (2)1 kW 空调 1 000 (3)电 机械 内 (4)随手关灯（合理即可）
【拓展研究】
变频技术，利：可调整功率输出，减少能源浪费，提高设备效率，延长使用寿命；弊：设备成本高，部分场景节能效果不明显
【知识点】
电能计算、电功率、热值计算、低碳生活
【点评】
本题结合生活实际，将物理知识与环保理念融合，考查了电能、电功率、热值等核心知识点，需要学生掌握公式应用和实际问题分析，难度适中，能引导学生关注节能与环保。
【难度系数】
0.6
