賞析有關效率問題的中考試題

隨著社會科技的高速發展，能源已經成為制約發展的主要因素，各個國家都把提高能源的利用效率和開發使用新的能源作為推動國民經濟發展的重要突破口。因此，生活中的效率問題理所當然成為中考關注的熱點話題。

有關效率問題的中考試題主要涉及下列幾種類型。

一、使用機械工具的效率

圖1

【例1】 （2010年安徽）現在地震時有發生，于是人們開始重視加固維修房屋，常?？梢钥吹饺鐖D1所示的場景。假如該工人通過滑輪把50kg的水泥緩緩提升4m 到房頂，所用拉力約300N。該機械的效率約為 。

解析：工人利用動滑輪提升物體，目的是要把水泥提到4m高的房頂，所以克服水泥的重力做的功是有用功，即

W有用=Gh。然而，工人除了對水泥做的有用功外，還要克服動滑輪自身重力以及繩重和摩擦等因素做額外功，所以工人作用在繩端的拉力做的功是總功，即W總=Fs。因此使用這個動滑輪的機械效率可用η=W有用W總×100%進行計算，結果為83.3%。

二、熱機工作時的效率

【例2】 （2010年攀枝花）一輛汽車沿著長為8km的平直公路勻速行駛，開完全程共耗時5min，汽車發動機牽引力為3000N，共消耗汽油1L。汽油的密度ρ=0.7×103kg/m3；汽油的熱值q=4.6×107J/kg（表示完全燃燒1kg汽油所放出的熱量是4.6×107J）。求：

（1）汽車行駛的速度是多少km/h？

（2）汽車發動機牽引力的功率是多大？

（3）汽車發動機的效率是多大？（結果保留兩位小數）

解析：汽車發動機是以汽油為燃料的內燃機，工作時汽油燃燒產生高溫高壓的燃氣推動活塞做功，把內能轉化為機械能。此處消耗的內能是汽油完全燃燒放出的熱量，即Q放=mq；有用的機械能提供給牽引力做功，即W=Fs。因此，汽車發動機的功率可用η=WQ放×100%進行計算，結果為74.53%。

三、加熱裝置的效率

圖2

【例3】 （2010年河南）為了響應“節能減排”的號召，小周家買了一臺容積為100L的太陽能熱水器，如圖2所示。請你與小周一起，對太陽能熱水器進行研究與計算。

（1）太陽能是 能源（填“可再生”與“不可再生”）。太陽的巨大能量來自于太陽內部的 反應。

（2）小周早晨把熱水器加滿水，溫度傳感器顯示水溫為18℃，下午放學時看到顯示的水溫為78℃，則熱水器中的水吸收了多少熱量？與使用電熱水器相比，相當于節約了多少度電？［不計電熱水器的熱量損失，c水=4.2×103J/（kg#8226;℃）］

（3）該熱水器的說明書中介紹，真空管熱水器可以把90%的太陽能轉化為水的內能，真有這么高的效率嗎？小周查閱資料知道，他們所在地區單位受光面積上接收太陽能的功率為P，小周還需要測量哪些物理量，并運用本題計算出的熱量Q，就可估測出這臺熱水器的光熱轉化效率？寫出效率η的表達式。（用代表物理量的字母表示，不需計算具體數據）

解析：太陽能熱水器是利用太陽能來加熱的裝置，加熱時把接收到的太陽能轉化為水的內能。此處消耗的是受光面積為S的真空管在時間t內接收到的太陽能，即E=PSt；有用的是使水溫度從18℃升高到78℃需要吸收的熱量，即Q=cm（t末-t初）。因此，這臺熱水器的光熱轉化效率可用η=QE×100%進行計算。

生活中的加熱裝置除了上述利用太陽能加熱的太陽能熱水器，還有利用電能加熱的電熱器（電熱轉化效率可用η=QW電×100%進行計算），還有利用燃料燃燒時消耗的化學能來加熱的爐灶（化熱轉化效率η=QQ放×100%進行計算）等。

通過對上述幾道有關效率問題的中考試題分析可以發現，在能源利用的過程中，都會存在一定程度的能量損耗，要準確計算能源利用的效率，關鍵是要弄清楚消耗的總的能量和對我們有用的能量。

(責任編輯 黃春香）

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