初三物理效率计算例题要点

1、能量转化中的效率计算能量可以从一种形式转化为另一种形式，要实现这种能量的转化需要一定的设备，由于设备本身的限制，不可能将一种能量全部转化为另一种能量，这就出现了设备的效率问题。笔者发现，2011年各地中考以设备的效率为载体，围绕有用的能量和总能量涉及的相关知识设置考点，试题的综合性较强，覆盖初中 物理的力、热、电、能量等知识。1.锅炉的效率例1. (2011鞍山)某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25 c加热至I 100C,燃烧了 6kg的无烟煤。水的比热容是 4.2 X103J/ (kg-C),无烟煤的热值是 3.4 xi0 7J/kg。求：(1)锅炉内的水吸收的热量是多少 ？(

2、2)无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？(3)此锅炉的效率是多少？解析：试题以锅炉为载体，考查了吸热升温公式二咏-4)和燃料燃烧放热公式二"要求锅炉的效率，需要清楚锅炉将燃料燃烧放出的热量转化为水的内能，因此水温度升高吸收的热量是有 用的能量，无烟煤完全燃烧放出的热量是总能量。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)锅炉的效率-："''2.柴油抽水机的效率例2. (2011荆门)今年我省出现大面积干旱，造成农田缺水，严

3、重影响农作物生长，为缓解旱情，很多地方采用柴油抽水机从江湖中引水灌溉。某柴油抽水机把湖水抬升4.5m流入沟渠，再去灌溉农田。已知在2h内抬升了 1600m的水，此柴油抽水机的效率为 40%柴油的热值为4.5 X107J/kg , g取10N/kg ,求:(1)此柴油抽水机2h做了多少有用功？ (2)此柴油抽水机工作 2h消耗了多少柴油？(3)此柴油抽水机的总功率为多少千瓦?解析：柴油抽水机将柴油完全燃烧产生的能量通过克服重力做功转化为水的重力势能。试题以此为载 体，考查了质量、密度、重力、热值、功和功率等知识。(1)虽然抽水机是将水连续地分批抽上去，我们可以想象成抽水机将全部1600m的水一次

4、性地在2h内缓慢抬升4.5m,这就是等效法的应用。这样利用嘱二计算出水的质量，再用G二溶g计算重力，然后用二G力就可以计算出有用功。(2)要计算柴油的质量，需要先计算柴油燃烧放出的热量。这就要利用柴油抽水机的效率为40%这个数据。教学中发现很多同学常犯一个错误，就是利用柴油抽水机做的有用功去乘以效率。避免错误的方法w7）=-°段,得到是想清楚柴油燃烧放出的热量是总的能量，总的能量要比有用的能量数值大。应该根据(3)柴油抽水机的总功率应该用总能量除以时间计算，总能量就是柴油燃烧放出的热量，时间是2h,要注意把单位化成秒。答案：（1）W = 附骸=plrgh=lxl03ig/ w? xl

5、600fflP xlO27/Agx45ra= 7 2x107JWR (2)根据 Q ,得竺.匚汕“，血r 40%2=1 8x10s Jq 4.5xl077/P-= I=d'=2,5乂1炉幽二 25(3). _ _v. .1. 13 .太阳能的效率例3. （2011广东）阅读下面的短文，回答问题太阳能热水器太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的需要。它具有安全、节能、环保等优点。如图1所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空。如图2所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保

6、温瓶的玻璃内胆相似， 只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水箱,保温储水箱下部与玻璃吸热管相通。保温停火1 -一裾七不玻璃吸热管工作原理如图所示：当太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地 转化为热能，将管内的水加热。向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运动；背光一侧的水由 于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环，最终整箱水都升高至一定的温度。玻璃吸热管具有 吸热保温作用。请回答以下问题:(1)玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力 重力(2)能否将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上？简单说明理由(3)将

7、质量为100kg的初温为20c的水加热到60C,求这些水需要吸收多少热量 ？水的比热容是4.2X103J/ (kg?)(4)某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m2,热效率为n=40% (即热水器能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%专化为水的热能)，该地点太阳能辐射到地面的平均功率为P=1.4 X 103W/m (即平均每平方米每秒钟太阳辐射能为 1.4 X103J)。在第(3)小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加热多少小 时？解析：太阳能热水器把太阳能转化成热能，把水从低温加热到高温。以此为背景，试题考查了浮力、 热传递、热量、效率等知识。(1)通过阅读材料可知，玻璃吸热管内向光一侧

8、的水吸热后体积增大、密度变小而向上运动，这就是 上浮，所以水受到的浮力大于重力。(2)黑色的吸热材料能把太阳能更有效地转化为热能，若涂在玻璃吸热管的外表面，只能使吸热管的 外表面温度更高，中间的真空层不利于将热量传递给内层管内的水。(3)利用吸热升温公式。广"4), 就可以计算水吸收的热量。(4)这一问考查学生收集信息、处理信息的能力。通过阅读要理解好热效率、太阳能辐射到地面的平均功率这两个概念。设需要加热的时间为t,则该太阳能热水器接收到的太阳能为PS t,转化为水的内能为PS tn,这个内能等于第(3)小题中水吸收的热量，这样利用方程就可以求出to答案：(1)大于(2)不能；因为

9、这样只能使吸热管的外表面温度更高，中间的真空层不利于将热量传递给管内的水。(3)Q 电=4,2 x10s J/(kg O xlOOtg x (60C - 200= 1.68x10tJ(4)设需要加热的时间为t,则热水器接收到的太阳能为 PS t,转化为水的内能为 PS t 7,根据P劭二。，得1.68xl077PSt; 14x103x2x40%= L5xl0*sw417A4 .钻木取火中的效率例4. (2011杭州)人类的祖先钻木取火，为人类文明揭开了新的一页。钻木取火的一种方法如图3所示，将削尖的木棒伸到木板的洞里，用力压住木棒来回拉动钻弓。木棒在木板的洞里转动时，板与棒互相摩擦，机械能转化

10、为内能，而热集中在洞内，不易散发，提高了木棒尖端的温度，当达到约260c时木棒便开始燃烧。因木头是热的不良导体，故受热厚度很薄，木棒受热部分的质量只有0.25g。已知：来回拉一次钻弓需1.0s ,弓长为s=0.25m,人拉弓的力为16N,木头比热容C=2X103J/ (kg C),室温为20C。问：(1)人来回拉一次钻弓克服摩擦力所做的功为多少?(2)人克服摩擦力做功使机械能转化为内能，若其中有25%被木棒尖端吸收，则1s内可使木棒尖端温度提高多少C?(3)请你估算用多长时间才能使木棒燃烧起来？解析：(1)利用/二Fs就可以求人所做的功，但要注意因为是人来回拉一次钻弓，所以距离要乘 以2。(2

11、)钻木取火时将人做的功转化为内能。所以人做的功对应的是总能量，转化的内能是有用的能量。cmLt7) 这样利用取，可以求出升高的温度。(3)由第二问中人1s内做功可使木棒尖端提高的温度，根据比例关系就可求要让木棒尖端温度升高 (260 20C)需要的时间。答案：(1)郎=检=16加xO.25ffix2 = gJ_ cmiit & _ 数 某 25% 4c(2)根据“一"二，得： 创 2x10"/("G)xCL25xlOT彷(3)260c- 2OC '=-4T- =5 .汽车发动机的效率例5. (2011湛江)2010年12月30日通车的湛徐高速， 使

12、得从湛江市区到徐闻县海安港口全程只需约1个小时，从而使雷州半岛的居民从此真正进入湛江市“一小时生活圈”。今年“五 一”期间，爸爸 开车带着李兵从湛江市区出发沿湛徐高速到徐闻参观“大汉三墩”景点，汽车(包括车上的人和物品)质 量为1.8X103kg,车轮与地面的总接触面积为0.09m2,当汽车以90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机牵引力为1000N,效率为30%,汽油的热值为4.6X 107J/kg (假设汽油完全燃烧，g取10V kg)。求：(1)汽车静止时对路面的压强;(2)汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率;(3)若汽车按照这种方式行驶，这次旅行全程往返250

13、km,牵引力做的功是多少？李兵应该提醒爸爸至少要加汽油多少kg ?解析：汽车发动机工作时将汽油燃烧放出的内能转化为机械能。以此为载体，试题考查了压强、功、 功率、热量等知识。(1)利用 S ,可以求压强。其中压力 F=G=mg90km/h=25m/s(2)计算功率，可利用 P= Fv,不过要注意将速度单位化为国际单位,w wD =二(3)计算功，直接利用 W=F和可。要计算汽油的质量可根据.一答案：(1)汽车静止时对地面的压力F=G=mg1.8 x 103kgx 10N/ kg=1.8 x 104N 。汽车静止时对n F 1.8x10* ATF二一二5-=地面的压强：S0.09耀2Xl05Pa

14、o(2)汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率：P = Fv =1000NX 25m/s=2.5 X 104Ww w歹二一二(3)全程往返约250km牵引力所做的： W=Fs=1000NX 2.5 X 105m=2.5X 108J,由 Q切8得全程往返约250km需要汽油的质量为：二竺二2H07=18,12Tjq 30%x4.6xlOV/ig6 .电热饮水机的效率例6. (2011泰州)下表是一台常用的电热饮水机的铭牌数据，图4是它的电路原理图，其中 S是温控开关，R是定值电阻，R2是加热电阻。当S闭合时，饮水机处于加热状态；当S断开时，饮水机处于保温状态水桶容量i0L热水 箱容量1

15、L额定i电压20V加热功率440W保温功率40W(1)在加热状态下，饮水机正常工作时电路中的电流是多大 ？(2)饮水机正常工作时，将热水箱中的水从 20c加热到90c.需用时14min水的比热容为4.2 x 103J/ (kg - ) o求此加热过程中：水吸收的热量；饮水机的加热效率。(3)求电阻R的阻值(保温功率是指整个电路消耗的功率)。解析：电热饮水机能将电能转化为内能，试题以此为背景考查了电路、电功率、质量、密度及热量、 效率的有关计算，试题的综合性较强。(1)由铭牌数据提供的信息，饮水机在加热状态下的功率为 440VV饮水机正常工作时的电压为 220V,要求电路中的电流，只要利用U即可

16、。(2)要求水吸收的热量，需要利用 。二咏-幻， 式中m应该是热水箱中水的质量，不能是水桶中的水的质量。要求热水箱中水的质量，利用 辨二曲即可，其中v=iL=io-3m。饮水机将电能转化为内能，转化的内能是有用的能量，消耗的电能是总能量。消耗的电能可以用/二计算，其中P=440VVt=14min=14x 60s=840s。(3)图4中，当S闭合时，电阻R被短路，只有电阻 R工作，此时饮水机处于加热状态，根据第一问中的电压和电流可以求出电阻R的阻值；当S断开时，电阻R和R串联，饮水机处于保温状态，此时功率为40W利用U,可求出电流，再利用衣，P卫1可求出总电阻，进而求R。当然也可以利用 我计算电阻Rz和总电阻。答案：(1)电路中的电流P 440郎一-=2AU 220，(2)热水箱中水的质量加二=kgt阴乂1 乂10加二1板，水吸收的热量Q置二四(一幻= 4.2xlO3J/(tg Oxltgx(90C-20O=2 94x10b消耗的电能"一；：一' H. - -Q 2.94x10