DSE 物理｜能源与发电备课指引（导师用）｜效率链、输电损耗与容量因数

2026-11-04

学生识写“功率等于能量除以时间”，但一问“点解要高压输电”就只答“减少损耗”而讲不出机制。这一堂要用 P_loss 等于 I 平方乘 R 讲清楚为何升压有效。

本堂目标　学生能够：① 用效率链由燃料能量算到输出电能；② 用 P = IV 与 P_loss = I²R 解释高压输电；③ 用容量因数比较不同能源的实际发电量。

01　先备知识（开课前 3 分钟快检）

以下任何一项未过关，本堂就会卡住，先补该项：

技能	快检题	过关标准
功率	功率的定义式	P = E ÷ t
电功率	P 用电流与电压表示	P = IV
能量单位	1 kWh 等于多少焦耳	3.6 MJ

02　课堂流程（60 分钟）

时间	环节	导师做什么	学生做什么
0–10 分	能量链	燃料、锅炉、涡轮、发电机	画出四段能量流
10–24 分	效率计算	输入乘效率，逐层相乘	算出 7,200 吨一日
24–38 分	输电损耗	P = IV，再看 I²R	算出 6.25%
38–50 分	可再生能源	容量因数与实际发电量	算出 1.44 kWh 一日
50–56 分	答题格式	公式、代入、单位、评论	改写一段答案
56–60 分	离场检查	三题收回即批	独立完成

03　讲解脚本（照着说就可以）

第一幕：能量链：每一层都要打折

电厂输出 1000 MW、整体效率 40%，所以输入热功率 = 1000 ÷ 0.4 = 2500 MW。
煤的燃烧值 30 MJ/kg，每秒烧 = 2500 × 10⁶ ÷ 30 × 10⁶ = 83.3 kg，一日 = 83.3 × 86 400 = 7,200 吨。
效率链可以逐层相乘：锅炉 0.90 × 涡轮 0.40 × 发电机 0.95 = 34.2%。

要学生计：若效率由 40% 升到 45%，同一输出每日省几多吨煤（约 800 吨）。

第二幕：为何要高压输电

输送 1000 MW 用 400 kV：I = P ÷ V = 1000 × 10⁶ ÷ 400,000 = 2,500 A。
线路电阻 10 Ω，损耗 = I²R = 2,500² × 10 = 62.5 MW，即 6.25%。
若改用 11 kV：I = 90,909 A，损耗 = 82.6 GW，远大于输出，根本不可行。
因为损耗与电压平方成反比：电压升 10 倍，损耗降到 1%。

提醒：变压器只改变电压与电流，不改变功率（理想情况），所以升压不会“发多些电”。

第三幕：可再生能源：峰值不等于实际

太阳能板 2 m²、效率 20%、日照 1000 W/m²：峰值 = 2 × 1000 × 0.2 = 400 W。
容量因数 0.15（有夜晚与阴天），每日发电 = 0.4 kW × 24 × 0.15 = 1.44 kWh。
风机 2 MW、容量因数 0.30，每日 = 2 × 24 × 0.30 = 14.4 MWh。
比较能源要看三件事：能量密度、间歇性、碳排放，不能只看装机容量。

要学生讲：同一装机容量下，容量因数 0.15 与 0.45 的实际发电量差几倍（3 倍）。

04　必教题型与步骤

题型	例子	步骤	答案
计算	效率链	逐层相乘或输入除效率	34.2%
计算	燃料消耗率	输入功率除燃烧值	83.3 kg/s
计算	输电损耗	I = P ÷ V，再 I²R	62.5 MW
比较	容量因数	实际发电除理论最大	1.44 kWh 一日

合理性检查（一定要教）：效率一定要小于 1，若算出大于 100% 多数是把输入输出掉转。输电损耗必须远小于输出功率，否则代表电压用错或单位未统一。

05　独立练习三题

题目	答案	想观察什么
1000 MW 输出、效率 40% 的输入功率	2500 MW	输出除效率
400 kV 输 1000 MW 的电流	2,500 A	P = IV
400 W 板、容量因数 0.15 的每日发电量	1.44 kWh	kW 乘小时再乘容量因数

06　学生常见错误与纠正句

错误	学生通常这样写	导师这样说
效率乘错方向	输入算成 400 MW	“输出系输入打了折，所以要除效率。”
损耗用 P = IV	答损耗 1000 MW	“I²R 才系线路损耗，IV 系输送功率。”
容量因数当成效率	答“太阳能效率 15%”	“容量因数讲实际发电，效率讲能量转换。”
kWh 与 kW 混用	答“一日 400 kWh”	“400 W 系功率，要乘时数再乘容量因数。”

07　家课建议（直接指到练习卷题号）

DSE 物理练习卷（能源）　乙部能源与功率计算
中学物理章节索引　全科章节

08　离场检查（最后 5 分钟）

题目	答案	判定
1000 MW 效率 40% 的输入功率	2500 MW	三题全对＝可进电磁单元
400 kV 输电的电流	2,500 A	错一题＝下堂前重讲 P = IV
输电损耗与电压的关系	与电压平方成反比	错两题以上＝回到第一幕

09　导师常问

为何效率不会是 100%？

热机受卡诺极限限制，废热必须排走，所以一定有损失。

变压器会损失能量吗？

实际有铁损与铜损，但理想变压器功率不变，DSE 一般当理想处理。

容量因数可以超过 1 吗？

不可以，它是实际发电量与理论最大发电量的比值，上限是 1。

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本页为 TutorZone 导师备课指引，内容由 TutorZone 团队编写；题目与流程为原创，并非任何学校或出版社的教材。