取舍(trade-off)类答案要做到:用可测量的量比较各方案,写明比较所依赖的假设,并给出以「如果」开头的结论。它读起来应该是物理推理,而不是一场宣传。
这一课完成功率与能源专题的学习路线,建立在可用性与可靠性之上。
怎样组织答案?
- 写明需求: 需要多少能量或功率,单位是什么,持续多久?
- 列出各方案的数字: 每个方案供应、消耗或需要什么?(面积、燃料、输出)
- 写明假设: 这些数字依赖的条件,包括题目已给的。
- 比较并有条件地下结论:「如果假设 A 成立,方案 X 需要较少……;否则……」
- 指出一个会改变结论的因素。
例题详解
一个小岛每天需要 1200 kWh 的电能。方案 A 是太阳能发电场,方案 B 是柴油发电机。(自编示例数据和假设,仅供练习。)
写明的假设: 面板平均每天每平方米提供 0.8 kWh;发电机每升柴油提供 3 kWh 电能;燃烧一升柴油释放 2.7 kg 二氧化碳。
方案 A,所需面积: 1200 ÷ 0.8 = 1500 m²。
方案 B,所需燃料: 1200 ÷ 3 = 每天 400 升。
方案 B,释放的二氧化碳: 400 × 2.7 = 每天 1080 kg。
敏感度检查: 如果多云使面板的产出降到每平方米 0.6 kWh,所需面积增至 1200 ÷ 0.6 = 2000 m²。
有条件的结论:「如果有 1500 m² 的土地,且面板每天每平方米提供 0.8 kWh,太阳能能在不用燃料的情况下满足需求,而柴油每天需要 400 升,并释放约 1080 kg 二氧化碳。不过,太阳能只在白天供电,没有储能就无法满足夜间需求,而发电机只要开机随时都能运转。哪个更合适,取决于土地、储能和燃料运送。」
这段话里每个数字都来自写明的假设,所以推理可以被检查。
要留意的错误
常见的失误是没有依据的定论。
错误答案:「太阳能是正确的选择,因为它清洁,柴油不好。」
没有数字,没有假设,用价值判断取代了比较。
正确做法是把「最好」和「不好」换成具体的量:所需面积、燃料用量、二氧化碳排放量,以及各自何时能供电。然后补上让你的结论反转的条件。
自我检测
1. 沿用海岛例子,如果面板产出为每天每平方米 0.75 kWh,需要多大面积?
显示答案
1200 ÷ 0.75 = 1600 m²。
2. 发电机每升柴油提供 3 kWh,要发 900 kWh 需要多少升柴油?
显示答案
900 ÷ 3 = 300 升。
3. 把这句话改写成物理陈述:「风力发电不可靠,所以我们不应该使用。」
显示答案
一个参考答案:「如果输出随风速变化,它有时会低于需求,所以没有储能或第二电源时,风力发电场不一定总能满足需求。」它写明了条件和可测量的问题,没有给出任何指令。
接下来学什么
试试功率与能源练习题,里面有一道简短的取舍题。你也可以回到专题概览规划复习。
长篇作答是老师对措辞和假设的反馈最有帮助的地方,这也是线上一对一物理补习的长处。