电能有两组单位,不能混用:瓦配秒得焦耳(J),千瓦配小时得千瓦时(kWh)。大多数错误答案,都是每一组各取了一个。
本页用一个原创例子,以两种方法演算来示范改法。界限与舍入说明器可以帮你判断最终答案应保留几位有效数字,推理板则让你练习在计算前先选对关系式。
为什么单位会出错?
E = P × t 这个式子在每一题都长得一样,所以大脑就不再去看单位了。可是题目给的功率可能是 kW 或 W,时间可能是分钟、小时或秒,出题者想怎么搭配都可以。
只有单位属于同一组,这个式子才成立。功率用瓦,时间就要用秒,才得到焦耳;功率用千瓦,时间就要用小时,才得到千瓦时。分钟不属于任何一组,所以总是需要换算。
一套可靠的步骤
- 画线标出题目中的功率和时间,连同单位。
- 确定答案单位:J、kJ、MJ 还是 kWh。
- **先换算。**把各量写成同一组,例如 2.0 kW 和 0.75 h,或 2000 W 和 2700 s。
- 代入,每个数字旁边都写上单位。
- **用另一种方式验算。**用 1 kWh = 3.6 MJ 把答案换成另一种单位,看是否一致。
例题:房间暖炉
一台 2.0 kW 的房间暖炉开了 45 分钟。求传递的能量,分别用 kWh 和焦耳表示。
**第 1 步,时间换成小时:**45 min ÷ 60 = 0.75 h。
**第 2 步,kWh 算法:**E = P × t = 2.0 kW × 0.75 h = 1.5 kWh。
**第 3 步,焦耳算法:**功率 2.0 kW = 2000 W,时间 45 × 60 = 2700 s。E = 2000 × 2700 = 5 400 000 J = 5.4 MJ。
**第 4 步,验算:**1.5 kWh × 3.6 MJ/kWh = 5.4 MJ。两种算法一致,换算正确。
如果这个例子里的电费是每 kWh 30 仙,费用就是 1.5 × 0.30 = RM0.45。计算电费一律用 kWh,不用焦耳。
要留意的错误
有学生看到“2.0 kW”和“45 分钟”,就写:
E = 2.0 × 45 = 90 kWh
这是把分钟代入了千瓦时的公式。答案大了 60 倍。一台家用暖炉不到一小时就用掉 90 kWh,本来就应该觉得不合理。
第二种写法是 E = 2000 × 45 = 90 000 J。瓦是对的,但分钟不是秒,所以答案小了 60 倍。
改法就是上面步骤的第 3 步:先写出换算后的时间和单位,再相乘。最后再问一句合理性:不到一小时用 90 kWh,说得通吗?说不通,就回头检查。
自我检测
1. 一盏 60 W 的灯开了 5.0 小时。求能量,分别用 kWh 和焦耳表示。
显示答案
kWh:60 W = 0.060 kW,所以 E = 0.060 × 5.0 = 0.30 kWh。
焦耳:5.0 h = 18 000 s,所以 E = 60 × 18 000 = 1 080 000 J(1.08 MJ)。
验算:0.30 × 3.6 = 1.08 MJ,一致。
2. 一个额定功率 800 W 的水壶运行 3.0 分钟。求能量(焦耳)。
显示答案
3.0 min = 180 s。E = 800 × 180 = 144 000 J。
用 kWh 验算:0.8 kW × 0.050 h = 0.040 kWh,而 0.040 × 3 600 000 = 144 000 J。两者一致。
3. 一件 1500 W 的电器使用 2.0 小时。本题电费为每 kWh 25 仙。求费用。
显示答案
1500 W = 1.5 kW。E = 1.5 × 2.0 = 3.0 kWh。费用 = 3.0 × 0.25 = RM0.75。
接下来学什么
先练习这项技能:检查用电量计算中的单位换算,再练根据额定值计算电能。电能与安全解读单元收录了其余内容,物理术语指南则帮你分清功率、能量和电荷。
如果单位错误在你订正后的作业里还是反复出现,老师可以在一对一线上物理补习中逐行陪你检查。