初中物理效率计算专题

北兴农场中学刘长春1、理解有用功和总功2、会用公式计算有用功和总功3、理解机械效率的意义，能用机械效率的公式解决实际问题导学目标太阳能热水器汽车电动自行车电热水器一、太阳能热水器效率的计算例1、2010年上海世博会通过大面积推广应用太阳能等以低能耗、低污染、低排放为特点的绿色环保技术，来体现“城市，让生活更美好”的主题。如图所示的太阳能热水器，它的水箱容量为120L，热水器上的集热器的面积是2.5m2，在与阳光垂直的地球表面上每平方米得到的太阳辐射功率约为1400W，如果将整箱水的温度从200C加热到700C，需要阳光照射5小时。求太阳能热水器的利用效率。讨论：本题中什么是有用功？什么是总功？120L水温度从200C加热到700C吸收的热量有用功：总功：2.5m2集热器5小时吸收的太阳能解：120L水的质量：V水=120L=120dm3=1.2x10-1m3由ρ=m/V得m水=ρ水v水=1.0x103kg/m3x1.2x10-1m3=120kgW有=Q吸=C水m水（t—t0）=4.2x103x120kgx(700C—200C)=2.52x107JW总=Q总=pt.s=1400wx5x3600sx2.5m2=6.3x107Jη＝W有/W总=2.52x107J/6.3x107J=40%答：该热水器的效率是40%。一、太阳能热水器效率计算方法1、应用太阳能加热物体时W有=Q吸=cmΔt（即物体吸收的热量）W总=获得的太阳能（根据题目信息计算）例2、小名家新安装了一台电热水器。电热水器的名牌如图甲所示。若自来水的温度是10℃，充满水后，小明将调温开关调到如图乙所示的位置。接通电源加热指示灯亮；达到指示温度时，加热指示灯灭。请你帮助小明回答下列问题：（1）加热指示灯从亮到灭，热水器中的水共吸收多少热量？（2）若不考虑能量损失，从接通电源到指示灯灭所需时间？(3)若实际经过2h30min，指示灯才熄灭，则热水器的效率是多少？[C水=4.2×103J/(kg•℃)]讨论：本题中什么是有用功？什么是总功？有用功：加热指示灯从亮到灭，热水器中的水吸收的热量总功：加热2h30min，热水器的电热管消耗的电能解：（1）Q吸=C水m水（t—t0)=4.2x103J/(kg°C）x55x10-3m3x1.0x103kg/m3x(60oC—10oC)=1.155x107J(2)由P=W/t得t1=W/P=Q吸/P=1.155x107J/1500w=7700s(3)Q总=Pt2=1500wx2.5hx3600s=1.35x107Jη＝W有/W总=Q吸/Q总=1.155x107J/1.35x107J=85.56%二、电热水器效率计算方法W有=Q吸=cmΔt（即物体吸收的热量）W总=Pt（即用电器消耗的电能）2、应用电器加热物体时例3、电动自行车可以电动骑行，亦可以脚踏骑行。使用前，应先对车上的蓄电池充电。电动骑行时，蓄电池对车上电动机供电，电动机为车提供动力。现有一辆电动自行车，沿着水平的道路匀速行驶，在0.5h内，电动行驶了9km，此时车上电动机的工作电压为32V，工作电流为4A。⑴电动自行车在电动骑行启动时，能量是如何转化的？(2)若车和人在行驶过程中所受阻力为20N，则这段路程内该车克服阻力所做的功为多少？(3)该车电能转化为机械能的效率是多少？讨论：本题中什么是有用功？什么是总功？有用功：电动自行车行驶9km牵引力所做的功总功：0.5小时电动机所消耗的电能解：（1）电动自行车在电动骑行启动时是电能转化为机械能。(2)W有=Fs=fs=20Nx9x103m=1.8x105J(3)W总=Pt=UIt=32vx4Ax0.5x3600s=2.304x105Jη＝W有/W总=1.8x105J/2.034x105J=88.5%三、电动自行车效率计算方法W有=Fs（即自行车通过这段距离所做的功）W总=Pt=UIt（即自行车这段时间内消耗的电能）例4、随着国民经济的发展，汽车已走进广大家庭。而发动机的效率是汽车的经济性能指标之一，某实验小组对一辆小轿车进行了相应的测试，测试结果如下表所示，小轿车匀速行驶过程中受到的平均牵引力为900N。请计算：（1）小轿车匀速行驶过程中牵引力的功率是多大？（2）小轿车发动机的效率是多大？（汽油的热值：4.6x107J/kg,计算结果保留一位小数）行驶速度90km/h耗油量1.4kg行驶时间15min行驶噪声≥80dB讨论：本题中什么是有用功？什么是总功？有用功：汽车15min内通过的路程牵引力所做的功总功：1.4kg汽油完全燃烧放出的热量解：(2)W总=Q放=qm=4.6x107J/kgx1.4kg=6.44x107Jη＝W有/W总=2.025x107J/6.44x107J=31.4%（1）90km/h=25m/s,由v=S/t得S=vt=25m/sx15x60s=22500mW有=FS=900Nx22500m=2.025x107JP=W/t=2.025x107J/15x60s=22500w=22.5kw四、汽油机、柴油效率计算方法W有=FS（即所做的有用功）W总=Q放=qm（燃料燃烧释放的热量）小结：4、汽油机、柴油机效率W有=Fs（即所做的有用功）W总=Q放=qm（燃料燃烧释放的热量）3、电动自行车行驶时W有=Fs（即自行车通过这段距离所做的功）W总=Pt=UIt（即自行车这段时间内消耗的电能）W有=Q吸=cmΔt（即物体吸收的热量）W总=Pt（即用电器消耗的电能）2、应用电器加热物体时W有=Q吸=cmΔt（即物体吸收的热量）W总=获得的太阳能（根据题目信息计算）1、应用太阳能加热物体时当堂检测：1、一辆汽车匀速行驶，速度为90km/h，匀速时阻力为920N，其发动机效率为30%，汽油热值为4.6×107J/kg.求：（1）发动机的功率?（2）汽车匀速行驶300km做多少功?（3）匀速行驶300km消耗多少汽油?2、电磁炉以其高效、节能、卫生、安全成为新一代智能灶具。一只1500W的电磁炉正常工作时，在1个标准大气压下将1kg的水从20℃加热到刚沸腾时，需要4min,问电磁炉的效率是多少？