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中六物理：能量的使用 — 基础（10 题）
中六物理：能量的使用 — 基础（10 题）
这份打稳基本功：kWh 与焦耳互换、电费计算、灯泡功效 lm/W、太阳能板输出、风功率三次方与贝兹上限、水电 ρghQ、碳强度换算、热泵 COP、墙体 U 值失热，最后一题收拾“kWh 是功率”等三个常见误解。
快速答案 水壶 0.167 kWh／600 kJ、冷气 12 kWh $14.4、60 W 13.3 lm/W 对 9 W 88.9 lm/W 省 51 kWh、太阳能板 72 W、风 188 kW 上限 112 kW、水电 785 kW 输出 667 kW、4 500 kWh 排 2 700 kg、热泵省 71.4%、墙 129.6 W 日失 3.1 kWh、三个误解改正。
01 本卷资料（做完才看答案）
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 题数 | 10 题 |
| 建议时间 | 约 20 分钟 |
| 难度分布 | 基础 4 · 进阶 3 · 挑战 2 · 错题重练 1 |
| 对应章节 | 所属章节：中六物理｜能量的使用：能源、效率与家居用电 |
| 适用年级 | 中六 |
02 题目（10 题）
- 基础一个 2 000 W 的电热水壶连续煲水 5 分钟，共耗电多少 kWh？折合多少焦耳？
- 基础一部 1 500 W 的冷气机开 8 小时。用电多少 kWh？若每 kWh 电费 $1.2，电费是多少？
- 基础一盏 60 W 钨丝灯与一枚 9 W LED 灯泡同样输出 800 lm 光通量。两者功效各是多少 lm/W？用 1 000 小时，LED 比钨丝灯省多少 kWh？
- 基础一块面积 0.5 m² 的太阳能板，效率 18%，正午日照强度 800 W/m²。此板当时输出电功率多少瓦？
- 进阶一台风力涡轮的叶片半径 10 m，风速 10 m/s，空气密度 1.2 kg/m³。风的功率是多少 kW？按贝兹极限 16/27，最多可取出多少 kW？
- 进阶小型水电站水头 40 m，流量 2 m³/s，水密度 1 000 kg/m³、g = 9.81 m/s²。水流的功率是多少 kW？若整体效率 85%，输出是多少 kW？
- 进阶某家庭一年用电 4 500 kWh，当地上网电力的平均碳强度为 0.6 kg CO₂/kWh。这个家庭一年的间接碳排放是多少公斤？
- 挑战某热泵的 COP 为 3.5，即每用 1 kWh 电可送 3.5 kWh 热入屋。若改用效率 100% 的电暖炉提供同样热量，热泵可省多少百分比的电？
- 挑战一道墙的传热系数 U = 1.8 W/(m²·K)，面积 6 m²，室内外温差 12 K。热流功率是多少 W？一整天（24 小时）经此墙流失多少 kWh 能量？
- 错题重练有学生写：“kWh 是功率的单位；LED 一定省电因为它电阻小；风速加倍，风机功率也加倍。”三处都错，请逐一改正并说明正确关系。
03 答案与一句解说
| 题号 | 答案 | 一句解说 |
|---|---|---|
| 1 | E = 2 000 W × (5 ÷ 60) h ≈ 0.167 kWh，即 2 000 × 300 = 600 000 J = 600 kJ | W 要先化成 kW 或时间化小时，才可直接乘出 kWh。 |
| 2 | E = 1.5 kW × 8 h = 12 kWh；电费 = 12 × 1.2 = $14.4 | 电费按能量（kWh）计，不是按功率计，所以要先乘时间。 |
| 3 | 60 W：800 ÷ 60 ≈ 13.3 lm/W；9 W：800 ÷ 9 ≈ 88.9 lm/W；省 (60 − 9) × 1 000 ÷ 1 000 = 51 kWh | 比较灯泡要用功效 lm/W，只看瓦数高低不算省电。 |
| 4 | P = 0.5 × 800 × 0.18 = 72 W | 效率要乘在“入射功率”上，入射功率是面积乘日照强度。 |
| 5 | A = π × 10² ≈ 314 m²；P = ½ × 1.2 × 314 × 10³ ≈ 188 kW；上限 188 × 16/27 ≈ 112 kW | 风功率与风速三次方成正比，扫掠面积则与半径平方成正比。 |
| 6 | P = 1 000 × 9.81 × 40 × 2 ≈ 785 kW；输出 = 785 × 0.85 ≈ 667 kW | 水电功率是 ρ g h Q，缺一项都会差几个数量级。 |
| 7 | 4 500 × 0.6 = 2 700 kg CO₂ | 用电本身不排碳，排碳来自发电，所以要用电网碳强度换算。 |
| 8 | 电暖炉每 kWh 只得 1 kWh 热；省下的比例 = 1 − 1 ÷ 3.5 ≈ 71.4% | 热泵搬运热而非制造热，所以 COP 可以大于 1。 |
| 9 | P = 1.8 × 6 × 12 = 129.6 W；24 h 得 129.6 × 86 400 = 1.12 × 10⁷ J ≈ 3.1 kWh | U 值已包含厚度与材料，直接乘面积与温差即可，不用再除厚度。 |
| 10 | kWh 是能量单位（功率 × 时间）；省不省电要看功效 lm/W 与实际光通量需求，不是看电阻；风功率 ∝ v³，风速加倍功率变 8 倍 | 三个错误都来自混淆“功率与能量”、“电阻与功效”、“线性与三次方”。 |
04 做完之后怎样跟进
- 对完答案，只重做错的那几题，并在错题旁写出错在哪一步（公式、单位还是抄错数）。
- 同一题隔两日再做一次；两次都对才可以移到下一份练习。
- 家长只需看答案栏与解说栏，不必逐题讲解。
本卷题目与答案由 TutorZone 团队原创编写，并非任何学校、出版社或考试局的试题；数值与答案均以程式核算。