初三物理效率計算例題要點

1、能量轉(zhuǎn)化中的效率計算能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，要實現(xiàn)這種能量的轉(zhuǎn)化需要一定的設(shè)備，由于設(shè)備本身的限制，不可能將一種能量全部轉(zhuǎn)化為另一種能量，這就出現(xiàn)了設(shè)備的效率問題。筆者發(fā)現(xiàn)，2011年各地中考以設(shè)備的效率為載體，圍繞有用的能量和總能量涉及的相關(guān)知識設(shè)置考點，試題的綜合性較強，覆蓋初中 物理的力、熱、電、能量等知識。1.鍋爐的效率例1. (2011鞍山)某中學(xué)為學(xué)生供應(yīng)開水，用鍋爐將200kg的水從25 c加熱至I 100C,燃燒了 6kg的無煙煤。水的比熱容是 4.2 X103J/ (kg-C),無煙煤的熱值是 3.4 xi0 7J/kg。求：(1)鍋爐內(nèi)的水吸收的熱量是多少 ？(

2、2)無煙煤完全燃燒放出的熱量是多少？(3)此鍋爐的效率是多少？解析：試題以鍋爐為載體，考查了吸熱升溫公式二詠-4)和燃料燃燒放熱公式二"要求鍋爐的效率，需要清楚鍋爐將燃料燃燒放出的熱量轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，因此水溫度升高吸收的熱量是有 用的能量，無煙煤完全燃燒放出的熱量是總能量。答案：(1)Q敢二匚第1(上一上口)= 4.2xlO3J/feQx 200尢g x (1OOC - 25。)=6 3x10打一一月一二 1"T .一 ：，一%=如30.曲(3)鍋爐的效率-："''2.柴油抽水機的效率例2. (2011荊門)今年我省出現(xiàn)大面積干旱，造成農(nóng)田缺水，嚴(yán)

3、重影響農(nóng)作物生長，為緩解旱情，很多地方采用柴油抽水機從江湖中引水灌溉。某柴油抽水機把湖水抬升4.5m流入溝渠，再去灌溉農(nóng)田。已知在2h內(nèi)抬升了 1600m的水，此柴油抽水機的效率為 40%柴油的熱值為4.5 X107J/kg , g取10N/kg ,求:(1)此柴油抽水機2h做了多少有用功？ (2)此柴油抽水機工作 2h消耗了多少柴油？(3)此柴油抽水機的總功率為多少千瓦?解析：柴油抽水機將柴油完全燃燒產(chǎn)生的能量通過克服重力做功轉(zhuǎn)化為水的重力勢能。試題以此為載 體，考查了質(zhì)量、密度、重力、熱值、功和功率等知識。(1)雖然抽水機是將水連續(xù)地分批抽上去，我們可以想象成抽水機將全部1600m的水一次

4、性地在2h內(nèi)緩慢抬升4.5m,這就是等效法的應(yīng)用。這樣利用囑二計算出水的質(zhì)量，再用G二溶g計算重力，然后用二G力就可以計算出有用功。(2)要計算柴油的質(zhì)量，需要先計算柴油燃燒放出的熱量。這就要利用柴油抽水機的效率為40%這個數(shù)據(jù)。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)常犯一個錯誤，就是利用柴油抽水機做的有用功去乘以效率。避免錯誤的方法w7）=-°段,得到是想清楚柴油燃燒放出的熱量是總的能量，總的能量要比有用的能量數(shù)值大。應(yīng)該根據(jù)(3)柴油抽水機的總功率應(yīng)該用總能量除以時間計算，總能量就是柴油燃燒放出的熱量，時間是2h,要注意把單位化成秒。答案：（1）W = 附骸=plrgh=lxl03ig/ w? xl

5、600fflP xlO27/Agx45ra= 7 2x107JWR (2)根據(jù) Q ,得竺.匚汕“，血r 40%2=1 8x10s Jq 4.5xl077/P-= I=d'=2,5乂1爐幽二 25(3). _ _v. .1. 13 .太陽能的效率例3. （2011廣東）閱讀下面的短文，回答問題太陽能熱水器太陽能熱水器能利用太陽能把水從低溫加熱到高溫，以滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰Ｋ哂邪踩?、?jié)能、環(huán)保等優(yōu)點。如圖1所示，太陽能熱水器主要由兩部分構(gòu)成：一部分是由許多根玻璃吸熱管組成的集熱器，每根玻璃吸熱管由雙層玻璃管組成，雙層玻璃管之間是真空。如圖2所示是玻璃吸熱管的工作原理圖，它的結(jié)構(gòu)與保

6、溫瓶的玻璃內(nèi)膽相似， 只是在玻璃吸熱管的內(nèi)表面涂了一層黑色的吸熱材料；另一部分是保溫儲水箱,保溫儲水箱下部與玻璃吸熱管相通。保溫停火1 -一裾七不玻璃吸熱管工作原理如圖所示：當(dāng)太陽光入射到黑色的吸熱層上時，黑色吸熱層能把太陽能更有效地 轉(zhuǎn)化為熱能，將管內(nèi)的水加熱。向光一側(cè)的水被加熱后體積增大、密度變小而向上運動；背光一側(cè)的水由 于溫度較低、密度較大而向下運動，形成冷熱水循環(huán)，最終整箱水都升高至一定的溫度。玻璃吸熱管具有 吸熱保溫作用。請回答以下問題:(1)玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)的水吸熱后體積增大、密度變小，所受到的浮力 重力(2)能否將黑色的吸熱材料涂在玻璃吸熱管的外表面上？簡單說明理由(3)將

7、質(zhì)量為100kg的初溫為20c的水加熱到60C,求這些水需要吸收多少熱量 ？水的比熱容是4.2X103J/ (kg?)(4)某品牌太陽能熱水器集熱器面積為S=2m2,熱效率為n=40% (即熱水器能將照射到玻璃吸熱管上的太陽能的40%?；癁樗臒崮?，該地點太陽能輻射到地面的平均功率為P=1.4 X 103W/m (即平均每平方米每秒鐘太陽輻射能為 1.4 X103J)。在第(3)小題中水吸收的熱量由該熱水器提供，求需要加熱多少小 時？解析：太陽能熱水器把太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，把水從低溫加熱到高溫。以此為背景，試題考查了浮力、 熱傳遞、熱量、效率等知識。(1)通過閱讀材料可知，玻璃吸熱管內(nèi)向光一側(cè)

8、的水吸熱后體積增大、密度變小而向上運動，這就是 上浮，所以水受到的浮力大于重力。(2)黑色的吸熱材料能把太陽能更有效地轉(zhuǎn)化為熱能，若涂在玻璃吸熱管的外表面，只能使吸熱管的 外表面溫度更高，中間的真空層不利于將熱量傳遞給內(nèi)層管內(nèi)的水。(3)利用吸熱升溫公式。廣"4), 就可以計算水吸收的熱量。(4)這一問考查學(xué)生收集信息、處理信息的能力。通過閱讀要理解好熱效率、太陽能輻射到地面的平均功率這兩個概念。設(shè)需要加熱的時間為t,則該太陽能熱水器接收到的太陽能為PS t,轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能為PS tn,這個內(nèi)能等于第(3)小題中水吸收的熱量，這樣利用方程就可以求出to答案：(1)大于(2)不能；因為

9、這樣只能使吸熱管的外表面溫度更高，中間的真空層不利于將熱量傳遞給管內(nèi)的水。(3)Q 電=4,2 x10s J/(kg O xlOOtg x (60C - 200= 1.68x10tJ(4)設(shè)需要加熱的時間為t,則熱水器接收到的太陽能為 PS t,轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能為 PS t 7,根據(jù)P劭二。，得1.68xl077PSt; 14x103x2x40%= L5xl0*sw417A4 .鉆木取火中的效率例4. (2011杭州)人類的祖先鉆木取火，為人類文明揭開了新的一頁。鉆木取火的一種方法如圖3所示，將削尖的木棒伸到木板的洞里，用力壓住木棒來回拉動鉆弓。木棒在木板的洞里轉(zhuǎn)動時，板與棒互相摩擦，機械能轉(zhuǎn)化

10、為內(nèi)能，而熱集中在洞內(nèi)，不易散發(fā)，提高了木棒尖端的溫度，當(dāng)達到約260c時木棒便開始燃燒。因木頭是熱的不良導(dǎo)體，故受熱厚度很薄，木棒受熱部分的質(zhì)量只有0.25g。已知：來回拉一次鉆弓需1.0s ,弓長為s=0.25m,人拉弓的力為16N,木頭比熱容C=2X103J/ (kg C),室溫為20C。問：(1)人來回拉一次鉆弓克服摩擦力所做的功為多少?(2)人克服摩擦力做功使機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，若其中有25%被木棒尖端吸收，則1s內(nèi)可使木棒尖端溫度提高多少C?(3)請你估算用多長時間才能使木棒燃燒起來？解析：(1)利用/二Fs就可以求人所做的功，但要注意因為是人來回拉一次鉆弓，所以距離要乘 以2。(2

11、)鉆木取火時將人做的功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。所以人做的功對應(yīng)的是總能量，轉(zhuǎn)化的內(nèi)能是有用的能量。cmLt7) 這樣利用取，可以求出升高的溫度。(3)由第二問中人1s內(nèi)做功可使木棒尖端提高的溫度，根據(jù)比例關(guān)系就可求要讓木棒尖端溫度升高 (260 20C)需要的時間。答案：(1)郎=檢=16加xO.25ffix2 = gJ_ cmiit & _ 數(shù) 某 25% 4c(2)根據(jù)“一"二，得： 創(chuàng) 2x10"/("G)xCL25xlOT彷(3)260c- 2OC '=-4T- =5 .汽車發(fā)動機的效率例5. (2011湛江)2010年12月30日通車的湛徐高速， 使

12、得從湛江市區(qū)到徐聞縣海安港口全程只需約1個小時，從而使雷州半島的居民從此真正進入湛江市“一小時生活圈”。今年“五 一”期間，爸爸 開車帶著李兵從湛江市區(qū)出發(fā)沿湛徐高速到徐聞參觀“大漢三墩”景點，汽車(包括車上的人和物品)質(zhì) 量為1.8X103kg,車輪與地面的總接觸面積為0.09m2,當(dāng)汽車以90km/h的速度在平直路面上勻速行駛時，汽車發(fā)動機牽引力為1000N,效率為30%,汽油的熱值為4.6X 107J/kg (假設(shè)汽油完全燃燒，g取10V kg)。求：(1)汽車靜止時對路面的壓強;(2)汽車以90km/h的速度勻速行駛時，牽引力的功率;(3)若汽車按照這種方式行駛，這次旅行全程往返250

13、km,牽引力做的功是多少？李兵應(yīng)該提醒爸爸至少要加汽油多少kg ?解析：汽車發(fā)動機工作時將汽油燃燒放出的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。以此為載體，試題考查了壓強、功、 功率、熱量等知識。(1)利用 S ,可以求壓強。其中壓力 F=G=mg90km/h=25m/s(2)計算功率，可利用 P= Fv,不過要注意將速度單位化為國際單位,w wD =二(3)計算功，直接利用 W=F和可。要計算汽油的質(zhì)量可根據(jù).一答案：(1)汽車靜止時對地面的壓力F=G=mg1.8 x 103kgx 10N/ kg=1.8 x 104N 。汽車靜止時對n F 1.8x10* ATF二一二5-=地面的壓強：S0.09耀2Xl05Pa

14、o(2)汽車以90km/h的速度勻速行駛時，牽引力的功率：P = Fv =1000NX 25m/s=2.5 X 104Ww w歹二一二(3)全程往返約250km牽引力所做的： W=Fs=1000NX 2.5 X 105m=2.5X 108J,由 Q切8得全程往返約250km需要汽油的質(zhì)量為：二竺二2H07=18,12Tjq 30%x4.6xlOV/ig6 .電熱飲水機的效率例6. (2011泰州)下表是一臺常用的電熱飲水機的銘牌數(shù)據(jù)，圖4是它的電路原理圖，其中 S是溫控開關(guān)，R是定值電阻，R2是加熱電阻。當(dāng)S閉合時，飲水機處于加熱狀態(tài)；當(dāng)S斷開時，飲水機處于保溫狀態(tài)水桶容量i0L熱水 箱容量1

15、L額定i電壓20V加熱功率440W保溫功率40W(1)在加熱狀態(tài)下，飲水機正常工作時電路中的電流是多大 ？(2)飲水機正常工作時，將熱水箱中的水從 20c加熱到90c.需用時14min水的比熱容為4.2 x 103J/ (kg - ) o求此加熱過程中：水吸收的熱量；飲水機的加熱效率。(3)求電阻R的阻值(保溫功率是指整個電路消耗的功率)。解析：電熱飲水機能將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，試題以此為背景考查了電路、電功率、質(zhì)量、密度及熱量、 效率的有關(guān)計算，試題的綜合性較強。(1)由銘牌數(shù)據(jù)提供的信息，飲水機在加熱狀態(tài)下的功率為 440VV飲水機正常工作時的電壓為 220V,要求電路中的電流，只要利用U即可

16、。(2)要求水吸收的熱量，需要利用 。二詠-幻， 式中m應(yīng)該是熱水箱中水的質(zhì)量，不能是水桶中的水的質(zhì)量。要求熱水箱中水的質(zhì)量，利用 辨二曲即可，其中v=iL=io-3m。飲水機將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，轉(zhuǎn)化的內(nèi)能是有用的能量，消耗的電能是總能量。消耗的電能可以用/二計算，其中P=440VVt=14min=14x 60s=840s。(3)圖4中，當(dāng)S閉合時，電阻R被短路，只有電阻 R工作，此時飲水機處于加熱狀態(tài)，根據(jù)第一問中的電壓和電流可以求出電阻R的阻值；當(dāng)S斷開時，電阻R和R串聯(lián)，飲水機處于保溫狀態(tài)，此時功率為40W利用U,可求出電流，再利用衣，P衛(wèi)1可求出總電阻，進而求R。當(dāng)然也可以利用 我計算電阻Rz和總電阻。答案：(1)電路中的電流P 440郎一-=2AU 220，(2)熱水箱中水的質(zhì)量加二=kgt陰乂1 乂10加二1板，水吸收的熱量Q置二四(一幻= 4.2xlO3J/(tg Oxltgx(90C-20O=2 94x10b消耗的電能"一；：一' H. - -Q 2.94x10