初中物理專題復(fù)習(xí)能量轉(zhuǎn)化中的效率計算

初中物理專題復(fù)習(xí)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)，201年1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(qiáng)，覆蓋初中物理的力、熱、電、能量等知識。．鍋爐的效率例i(鞍山)某中學(xué)為學(xué)生供應(yīng)開水，用鍋爐將的水從5加熱到℃,燃燒了的無煙煤。水的比熱容是X/(?℃)，無煙煤的熱值是X/。求：(1)鍋爐內(nèi)的水吸收的熱量是多少?(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Q段幽"一“)和燃料燃燒放熱公式°施=mq。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)4=仍（一口）=4.2父10叮/（伯.Qx200蛇x（100C-25C）=6.3x1/J（）Q就=m2q=6kgx3.4x!07J/加g=2.04x10*J()鍋爐的效率2．柴油抽水機(jī)的效率例2．(201荊1門)今年我省出現(xiàn)大面積干旱，造成農(nóng)田缺水，嚴(yán)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(jī)從江湖中引水灌溉。某柴油抽水機(jī)把湖水抬升流入溝渠，再去灌溉農(nóng)田。已知在內(nèi)抬升了的水，此柴油抽水機(jī)的效率為，柴油的熱值為X，取，求:()此柴油抽水機(jī)做了多少有用功？℃()此柴油抽水機(jī)工作消耗了多少柴油？(3)此柴油抽水機(jī)的總功率為多少千瓦？解析：柴油抽水機(jī)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。()雖然抽水機(jī)是將水連續(xù)地分批抽上去，我們可以想象成抽水機(jī)將全部的水一次性地在內(nèi)緩慢抬升5這就是等效法的應(yīng)用。這樣利用明=計算出水的質(zhì)量，再用G=次g計算重力，然后用取=0k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(jī)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(jī)做的有用功去乘以效率。避免錯誤的方法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)虛,得到。()柴油抽水機(jī)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，要注意把單位化成秒。答案：(1)W-Gh=mgh=pggh=lxlOYg//x1600wa3x1027/^gx4.5wa=7.2xl07JW（）根據(jù)￡,得里―不40%Q1.8x10sJ「m=—==4七￡q4.5x107J/^p=Q=l-SxlOsJ==25kW（）￡2X3600s3．太陽能的效率例3．（201廣1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?。它具有安全、?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。

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。（）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。_。（）將質(zhì)量為的初溫為0的水加熱到0，求這些水需要吸收多少熱量水的比熱容是X（?℃）（）某品牌太陽能熱水器集熱器面積為，熱效率為n（即熱水器能將照射到玻璃吸熱管上的太陽能的40轉(zhuǎn)%化為水的熱能），該地點太陽能輻射到地面的平均功率為的太陽能的40轉(zhuǎn)%化為水的熱能），該地點太陽能輻射到地面的平均功率為.X（即平均每平方米每秒鐘太陽輻射能為X）。在第（）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)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。（）利用吸熱升溫公式°吸=,都"一"）,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，則該太陽能熱水器接收到的太陽能為，轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能為n，這個內(nèi)能等于第（）小題中水吸收的熱量，這樣利用方程就可以求出。答案：（1）大于（2）不能；因為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)=4.2xl03J/(^g-Qxl00^gx(60C-20Q=1.68x107J（）設(shè)需要加熱的時間為，則熱水器接收到的太陽能為，轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能為n，根據(jù)以奶“，得Q1.68x107J…==1.5xlO4s?4.17^F劭1.4xl03jy/^2x2^2x40%．鉆木取火中的效率例4．（201杭1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(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(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(dá)到約26℃0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。已知：來回拉一次鉆弓需，弓長為，人拉弓的力為，木頭比熱容2/（?℃），室溫為0。問：（1）人來回拉一次鉆弓克服摩擦力所做的功為多少？（）人克服摩擦力做功使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，若其中有％被木棒尖端吸收，則內(nèi)可使木棒尖端溫度提高多少℃？（3）請你估算用多長時間才能使木棒燃燒起來？解析：（）利用取二尸三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）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。V二W這樣利用，,可以求出升高的溫度。（）由第二問中人內(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℃0—20℃）需要的時間。TOC\o"1-5"\h\z答案：()w===_叫MJ.25%4c徨"^"2xlO3JW：C)xO.25xlO-^g"()根據(jù)，得：_260C-20C_^n()一北一“5．汽車發(fā)動機(jī)的效率例5．(201湛1江)201年012月30日通車的湛徐高速，使得從湛江市區(qū)到徐聞縣海安港口全程只需約個小時，從而使雷州半島的居民從此真正進(jìn)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xg車輪與地面的總接觸面積為，當(dāng)汽車以的速度在平直路面上勻速行駛時，汽車發(fā)動機(jī)牽引力為0效率為％，汽油的熱值為x/(假設(shè)汽油完全燃燒，取/)。求：(1)汽車靜止時對路面的壓強(qiáng)；()汽車以的速度勻速行駛時，牽引力的功率；()若汽車按照這種方式行駛，這次旅行全程往返0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？解析：汽車發(fā)動機(jī)工作時將汽油燃燒放出的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。以此為載體，試題考查了壓強(qiáng)、功、功率、熱量等知識。P=一()利用,,可以求壓強(qiáng)。其中壓力()計算功率，可利用F不過要注意將速度單位化為國際單位，WW寸二—二—()計算功，直接利用即可。要計算汽油的質(zhì)量可根據(jù)0mq

*1.1480N。汽車靜止時對地面*1.1480N。汽車靜止時對地面的壓強(qiáng)：，*()汽車以的速度勻速行駛時，牽引力的功率:0*02N5m/s*=()全程往返約()汽車以的速度勻速行駛時，牽引力的功率:0*02N5m/s*=()全程往返約牽引力所做的:0*02.N*5_叫_竺x，由◎阿寸得全程往返約需要汽油的質(zhì)量為:Wm=——=12121tg2.5x10s7

30%x4.6xl07Wm=——=12121tg6．電熱飲水機(jī)的效率例.(泰州)下表是一臺常用的電熱飲水機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，圖是它的電路原理圖，其中是溫控開關(guān)，是定值電阻，是加熱電阻。當(dāng)閉合時，飲水機(jī)處于加熱狀態(tài)；當(dāng)斷開時，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)水桶容量熱水箱容量額定電壓加熱功率保溫功率(1)在加熱狀態(tài)下，飲水機(jī)正常工作時電路中的電流是多大(2)飲水機(jī)正常工作時，將熱水箱中的水從20℃加熱到90℃．需用時水的比熱容為X?℃)］求此加熱過程中：①水吸收的熱量；②飲水機(jī)的加熱效率。()求電阻的阻值(保溫功率是指整個電路消耗的功率)。解析：電熱飲水機(jī)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(qiáng)。()由銘牌數(shù)據(jù)提供的信息，飲水機(jī)在加熱狀態(tài)下的功率為，飲水機(jī)正常工作時的電壓為要求電路中的電流，只要利用即可。if)—廣沖?『，一f'|()要求水吸收的熱量，需要利用(1)在加熱狀態(tài)下，飲水機(jī)正常工作時電路中的電流是多大(2)飲水機(jī)正常工作時，將熱水箱中的水從20℃加熱到90℃．需用時水的比熱容為X?℃)］求此加熱過程中：①水吸收的熱量；②飲水機(jī)的加熱效率。()求電阻的阻值(保溫功率是指整個電路消耗的功率)。解析：電熱飲水機(jī)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(qiáng)。()由銘牌數(shù)據(jù)提供的信息，飲水機(jī)在加熱狀態(tài)下的功率為，飲水機(jī)正常工作時的電壓為要求電路中的電流，只要利用即可。if)—廣沖?『，一f'|()要求水吸收的熱量，需要利用°,式中應(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，利用次=戶*即可，其中1。0飲水機(jī)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。消耗的電能可以用取二/￡計算，其中()圖中，當(dāng)閉合時，電阻被短路，只有電阻工作此時飲水機(jī)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的阻值；當(dāng)斷開時，電阻和串聯(lián)，飲水機(jī)處于保溫狀態(tài)，此時功率為，利用，可求出電流，再利用可求出總電阻P=進(jìn)而求。當(dāng)然也可以利用計算電阻和總電阻。;=P=4WF=2j4答案：()電路中的電流口220,“rr3L日溶二西=iMlO-g/"MImIL'=Rg………日()熱水箱中水的質(zhì)量，水吸收的熱量Q敦=4.2xl03J/^g<QxRgx(90C-20C)=2.94x1057