中考物理效率計(jì)算問(wèn)題分析

米冬亮

在初中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生認(rèn)識(shí)了一些簡(jiǎn)單的機(jī)械，并用實(shí)驗(yàn)得出任何機(jī)械在使用過(guò)程中都有一定的效率。在熱學(xué)上也存在著一定的效率，就是熱機(jī)效率。當(dāng)然生活中也存在著其他的各種效率，究其原因是在能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中不可能被全部利用，總有一部分損失掉。無(wú)論如何，能量的總量是不變的，在分析問(wèn)題時(shí)，我們先確定總能量，然后再明確真正利用了多少能量，也就是能量的轉(zhuǎn)化率或能量的轉(zhuǎn)移率。在近幾年的中考中這類(lèi)問(wèn)題頻繁的出現(xiàn)，題型主要為選擇和填空，在計(jì)算題中也很容易出現(xiàn)，本文就其幾類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行分類(lèi)解析，以供參考。

一、做功中的機(jī)械效率

例1在使用一滑輪組時(shí)將一個(gè)100N的物體吊起上升了l0m，繩子自由端被拉上50m。求所用拉力的大小。

解析：本題是人利用滑輪組提升重物的問(wèn)題，人利用滑輪組對(duì)物體做功，所以要克服物體重力做的功為有用功，拉力F做的功為總功。

解：h=10m G=100N S=50m

由S=nh得n=5

所以有5條繩子來(lái)承擔(dān)重物

所以F=0.2G=20N

當(dāng)然本題只是求解了拉力，也可以再加一問(wèn)，計(jì)算機(jī)械效率，這就要求計(jì)算出有用功，總功等一系列的問(wèn)題。

二、燃料燃燒類(lèi)

例2 一學(xué)校用鍋爐給學(xué)生供開(kāi)水，將質(zhì)量是200千克的水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下燒開(kāi)，共計(jì)用了6千克的無(wú)煙煤。無(wú)煙煤的熱值為34000000J/kg。求：

（1） 鍋爐中的水吸收了多少的熱量？

（2） 無(wú)煙煤完全燃燒完所放出的熱量？

（3） 用這個(gè)鍋爐的效率為多少？

解析：本題計(jì)算的過(guò)程中可以看出水吸收的熱量由燃燒無(wú)煙煤來(lái)提供，水吸收的熱量可以用吸熱公式來(lái)計(jì)算，因?yàn)樗某鯗匾阎|(zhì)量和比熱容也已知，只有末溫度沒(méi)有直接給出，但是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水燒開(kāi)后的溫度為100攝氏度，而無(wú)煙煤完全燃燒放出的熱量又可以計(jì)算得知，此鍋爐的效率等于水吸收的熱量除以燃燒無(wú)煙煤放出的熱量。

例3 某鍋爐效率為40%，內(nèi)裝500L溫度為20℃的水，要把這些水燒開(kāi)，不計(jì)其他熱損失，需要燃燒多少千克無(wú)煙煤？無(wú)煙煤的熱值為34000000J/kg。（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）

解析：由水的體積可以計(jì)算出水的質(zhì)量，又由水的初溫度和末溫度及比熱容可以計(jì)算出水總共吸收的熱量，題目中很明顯地給出無(wú)其他損失，由鍋爐的利用率就可得出無(wú)煙煤完全燃燒放出的熱量（水吸收的熱量除以40%），在這里利用了熱效率的問(wèn)題，起到了間接利用熱效率計(jì)算大型計(jì)算題的作用。最后用熱效率是可以計(jì)算出需要的無(wú)煙煤的質(zhì)量，也就是放出的熱量除以無(wú)煙煤的熱值。

例4 為了適應(yīng)我省建設(shè)“綠色經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省”戰(zhàn)略目標(biāo)的需要，定西城區(qū)二環(huán)路以?xún)?nèi)的城市居民生活不能用蜂窩煤作燃料，全部使用煤氣提高燃料利用率。一個(gè)三口之家燒蜂窩煤平均每月消耗煤70kg。

（1）一家庭月消耗煤完全燃燒時(shí)放出的熱量？

（2）蜂窩煤爐的熱效率均為20%。求一個(gè)家庭月燒煤散失的熱量？

解析：本題是一道環(huán)保型的題目，提倡使用清潔能源，減少對(duì)環(huán)境的污染，主要講到了三口之家在一個(gè)月內(nèi)使用蜂窩煤作燃料完全放出的熱量，由題目得知一個(gè)月消耗的蜂窩煤的質(zhì)量，又已知煤的熱值，就可以算出完全燃燒放出的熱量。第（2）問(wèn)蜂窩煤的熱效率為20%，則有80%的熱量散失掉了，也就是總熱量的80%散失掉了，這樣就求出了一個(gè)家庭月燒煤散失的熱量。

三、熱水器類(lèi)

例5國(guó)產(chǎn)165型單缸四沖程汽油機(jī)的汽缸直徑為65毫米，活塞沖程長(zhǎng)55毫米，滿(mǎn)負(fù)荷工作時(shí)做功沖程燃?xì)獾钠骄鶋簭?qiáng)為9.58×105帕，飛輪的轉(zhuǎn)速是1500轉(zhuǎn)/分。

（1）求這種汽油機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷工作時(shí)做功的功率（不計(jì)摩擦損失）？

（2）如果滿(mǎn)負(fù)荷工作時(shí)每分鐘消耗15克汽油，這種汽油機(jī)把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能效率是多少？（汽油的燃燒值為4.6×107焦/千克）

解析：由氣缸直徑可以求得活塞面積，由做功沖程燃?xì)獾膲簭?qiáng)可得燃?xì)庾饔迷诨钊系膲毫Γ忠阎钊麤_程長(zhǎng)度，便可求得每個(gè)做功沖程燃?xì)馑龅墓ΓM(jìn)而根據(jù)飛輪的轉(zhuǎn)速，則可求得此汽油機(jī)做功的功率。本題還是相對(duì)比較難，學(xué)生主要是想不到對(duì)應(yīng)的物理情景，求第（1）問(wèn)中的做功的功率，先計(jì)算出活塞表面所受的壓力，要計(jì)算功率，就從功率的定義出發(fā)，單位時(shí)間內(nèi)物體所做的功，時(shí)間為一分鐘，在力的方向上移動(dòng)的距離也可以用路程等于速度乘以時(shí)間，計(jì)算壓力的時(shí)候用到了壓強(qiáng)的定義式，將它變形，壓力等于壓強(qiáng)乘以受力面積。第（2）問(wèn)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的那部分為對(duì)機(jī)器做的有用功，而燃料完全燃燒放出的熱量等于質(zhì)量乘以熱值。有用功除以完全放出的熱量，就是該熱機(jī)的效率。

四、電動(dòng)機(jī)做功類(lèi)

例6一臺(tái)拖拉機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)是四汽缸、四沖程的柴油機(jī)，汽缸的直徑為95mm，活塞沖程為127mm，第三沖程中氣體作用在活塞上的平均壓強(qiáng)是196N/cm2，飛輪的轉(zhuǎn)數(shù)是1200r/min，這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是多少瓦？

解析：柴油機(jī)和汽油機(jī)一樣，需連續(xù)經(jīng)歷四個(gè)沖程才完成一次做功的循環(huán)，即連續(xù)的四個(gè)沖程中，只有一個(gè)沖程是做功的，且在此四個(gè)沖程中，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，即飛輪也就旋轉(zhuǎn)兩周。本題中，由飛輪的轉(zhuǎn)數(shù)可以求出單位時(shí)間內(nèi)做功沖程的次數(shù)，再求出每個(gè)做功沖程燃?xì)馑龅墓Γ憧汕蟪銎涔β柿恕ＴO(shè)活塞面積為S，沖程長(zhǎng)度為l。可以算出燃?xì)鈱?duì)活塞的壓力F=pS=196×71N=1.39×104N 每個(gè)做功沖程內(nèi)，燃?xì)鈱?duì)活塞所做的功為W1=F×l=1.39×104×0.127J=1764J 由于發(fā)動(dòng)機(jī)有四個(gè)氣缸，則曲軸每轉(zhuǎn)一周有兩個(gè)氣缸經(jīng)歷做功沖程，故每分鐘發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃?xì)庾龉Φ拇螖?shù)為n=2×1200=2400故得每分鐘內(nèi)燃?xì)馑龅目偣閃=nW1=2400×1764J=4.2336×l06J 則此內(nèi)燃機(jī)的功率為 P=W/t=4.2336×106/60W=7.056×104W 這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率是7.056×104W。

通過(guò)上面的例題可以看出，在今后解答效率的一類(lèi)型題目時(shí)一定要弄清楚哪些能量我們真正地利用了，哪些能量是總的能量，然后利用效率的計(jì)算公式求解。

【責(zé)編 田彩霞】