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中六物理：能量的使用 — 进阶（10 题）
中六物理：能量的使用 — 进阶（10 题）
这份进入发电与建筑系统：电厂效率与废热、输电电压与 I²R 损失、变压器圈数比、电器电流与等效电阻、铀裂变能量、抽水蓄能、太阳能热水器、墙与窗的失热分配、冷气 COP 与室内热源，最后改正“高压更浪费”等三个错误。
快速答案 电厂效率 38%／废热 620 MW、400 kV 损 0.31 MW 对 20 kV 损 125 MW、圈数比 20:1（初级 200 圈）、风筒 5.45 A／40.3 Ω、1 kg 铀 8.2 × 10¹³ J 约 22.8 GWh、抽水 15.7 MW 需电 12.6 MW 蓄 230 400 m³、热水器 700 W 需 6.7 小时、墙 630 W 窗 780 W 占 55.3%、冷气 3.0 及 3.43 kW、三个错误改正。
01 本卷资料（做完才看答案）
| 项目 | 内容 |
|---|---|
| 题数 | 10 题 |
| 建议时间 | 约 25 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）
- 基础一座火力发电厂每秒输入 1 000 MW 的化学能，输出 380 MW 电。电厂效率是多少？每秒有多少 MW 以废热排走？
- 基础输电线总电阻 5 Ω，输送 100 MW。以 400 kV 输送时电流多少？线路损失多少 MW（占百分比）？若改用 20 kV 输送又如何？
- 基础变压器把 11 kV 升到 220 kV。初级与次级线圈圈数比是多少？若次级有 4 000 圈，初级要多少圈？
- 基础一部 1 200 W 的风筒接在 220 V 电源上。电流是多少？它的等效电阻约多少 Ω？
- 进阶铀-235 每次裂变释放约 200 MeV。1 kg 纯铀-235 完全裂变可释放多少焦耳？约等于多少 GWh 电能（假设全部转为电）？
- 进阶抽水蓄能电站把水抽上 200 m 高的水库，泵水流量 8 m³/s。抽水所需的最小功率是多少 MW？若泵组效率 80%，实际需电多少 MW？连续抽 8 小时可蓄多少立方米水？
- 进阶太阳能热水器集热面积 2.0 m²，日照 700 W/m²，集热效率 50%。要把 100 kg 水由 10 °C 加热到 50 °C（水比热容量 4 200 J/(kg·K)），需时多少小时？
- 挑战某屋的墙面积 120 m²、U = 0.35 W/(m²·K)，窗面积 20 m²、U = 2.6 W/(m²·K)，室内外温差 15 K。墙与窗各失热多少 W？窗占总热损的百分之几？
- 挑战一部冷气机 COP 为 2.8，要从室内抽走 8.4 kW 的热。压缩机需电多少 kW？若室内另有 1.2 kW 的灯与人体发热，需电又变多少 kW？
- 错题重练有学生写：“高压输电会令电流更大，所以更浪费；冷气效率 100% 最好；火力发电效率可达 90%。”三处都错，请改正并写出正确的关系式。
03 答案与一句解说
| 题号 | 答案 | 一句解说 |
|---|---|---|
| 1 | 效率 = 380 ÷ 1 000 = 38%；废热 = 1 000 − 380 = 620 MW | 热机效率受卡诺极限限制，50% 以上已属高效。 |
| 2 | 400 kV：I = 100 × 10⁶ ÷ 4 × 10⁵ = 250 A，损失 250² × 5 = 0.31 MW（0.31%）；20 kV：I = 5 000 A，损失 125 MW，根本送不到 | 同一功率下电压升 20 倍，电流降 20 倍，损失（I²R）降 400 倍。 |
| 3 | 圈数比 = 220 ÷ 11 = 20:1；初级 = 4 000 ÷ 20 = 200 圈 | 理想变压器电压比等于圈数比，功率不变所以电流反向变化。 |
| 4 | I = 1 200 ÷ 220 ≈ 5.45 A；R = V ÷ I = 220 ÷ 5.45 ≈ 40.3 Ω | 风筒不是纯电阻（有风扇马达），算出的只是等效值。 |
| 5 | 每次 200 × 1.602 × 10⁻¹⁹ ≈ 3.20 × 10⁻¹¹ J；核数 = 1 000 ÷ 235 × 6.02 × 10²³ ≈ 2.56 × 10²⁴；E ≈ 8.2 × 10¹³ J ≈ 22.8 GWh | 要用莫耳数换算核数，不能直接用质量乘每次能量。 |
| 6 | P = 1 000 × 9.81 × 200 × 8 ≈ 15.7 MW；实际 15.7 ÷ 0.8 ≈ 12.6 MW（输入电）；水量 = 8 × 8 × 3 600 = 230 400 m³ | 效率小于 1，所以实际输入电功率比理想值大，不是乘 0.8。 |
| 7 | 得热功率 = 2.0 × 700 × 0.5 = 700 W；需热 = 100 × 4 200 × 40 = 1.68 × 10⁷ J；t = 1.68 × 10⁷ ÷ 700 = 24 000 s ≈ 6.7 h | 先算“每秒得多少热”，再用总热量除，切勿把温度差当成时间。 |
| 8 | 墙 0.35 × 120 × 15 = 630 W；窗 2.6 × 20 × 15 = 780 W；总 1 410 W，窗占 780 ÷ 1 410 ≈ 55.3% | 窗面积小但 U 值大，往往是失热主角，所以双层玻璃最划算。 |
| 9 | 8.4 ÷ 2.8 = 3.0 kW；连内部热源共 9.6 kW，9.6 ÷ 2.8 ≈ 3.43 kW | 室内所有热源都要抽走，不只计算冷气负荷本身。 |
| 10 | 同一功率下电压越高电流越小（P = VI），损失 I²R 随电流平方下降；冷气 COP 愈大愈好，可达 3 以上，100% 只是最差；火力发电受热机极限限制，实际约 35–45% | 三个错误都把“越大越好”或“线性关系”用错地方。 |
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。