专题8效率问题

专题8效率问题专题8┃效率问题一、概述效率问题在能量的转化和转移过程中，能量必然会有一部分损失，我们就把有效利用的能量与总能量之比称为效率力学中机械效率是指利用机械做功时有用功与总功的比值；热机效率是指被有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比；太阳能利用效率是指在某个面积内被有效利用的热量与到达此处的太阳能之比；电热效率是指被有效利用的热量与所消耗电能的比值。效率是一个比值，没有单位，且一定小于1二、知识储备专题8┃效率问题1．机械效率：机械效率的公式是η＝W有W总。(1)滑轮组的机械效率：①滑轮组中动滑轮个数越多，越省力，机械效率越低；②同一滑轮组，提升的重物越重，机械效率越高；③滑轮组改变缠绕方式，提升相同重物时，机械效率相同；④提升相同重物上升相同高度时，η定＞η动＞η滑轮组。(2)斜面的机械效率：提升同一物体时，斜面的机械效率与粗糙程度和倾斜角度有关，斜面越陡、越光滑，机械效率越高。专题8┃效率问题2．热机效率：η＝W有Q放＝W有mq(m为燃料的质量，q为燃料的热值)。3．电热效率：η＝W有W总＝W有Pt(若是纯电阻电路，则W总＝Pt＝UIt＝I2Rt＝U2tR)。专题8┃效率问题三、思路图解效率问题机械效率热机效率电热效率一般情况下，对整个机械施加的动力所做的功为总功；对物体做的功（克服重力或克服摩擦力做的功）为有用功一般情况下，燃料完全燃烧放出的热量为总能量，对物体做功消耗的能量为被有效利用的能量一般情况下，电流做的功为总功，被有效利用的热量为有用功任何效率均小于1专题8┃效率问题类型一机械效率例1【2013•南充】如图T8－1所示，在“测量滑轮组的机械效率”的实验装置中，动滑轮重0.6N，物重2.4N，不计绳重和各处摩擦，当匀速提升物体时，绳的自由端在竖直方向上的拉力F为______，此过程滑轮组的机械效率为________。1N80%【思路点拨】专题8┃效率问题①明确效率类型：滑轮组的机械效率②明确滑轮组的连接方式：滑轮组由一个定滑轮和一个动滑轮组成，动滑轮由三段绳子承担③明确题目条件：动滑轮重G轮＝0.6N，物重G物＝2.4N，拉力F做的功为总功，对物体做的功为有用功④分析结果：动滑轮及物体由三段绳子承担→F＝G物＋G轮3＝2.4N＋0.6N3＝1N→设物体上升h，则拉力移动距离为s＝3h→W有＝G物h，W总＝G物＋G轮3×3h＝(G物＋G轮)h→机械效率η＝G物h（G物＋G轮）h＝G物G物＋G轮＝2.4N2.4N＋0.6N＝80%专题8┃效率问题【针对训练】1．【2013•沈阳】如图T8－2所示，斜面长1m，高0.4m，用大小为5N沿斜面向上的拉力F，将重10N的铁块从底端匀速拉到顶端，斜面的机械效率为______；若仅使倾角θ逐渐增大，沿斜面向上的拉力将逐渐________(选填“增大”“不变”或“减小”)，此斜面的机械效率将逐渐________(选填“增大”“不变”或“减小”)。80%增大增大专题8┃效率问题类型二热机效率例2【2012•大庆】如图T8－3所示的汽车总质量为1150kg，以72km/h的速度匀速行驶10km。若汽车所受阻力为汽车重力的0.1倍，每个轮胎与路面的接触面积为0.05m2。(g取10N/kg)专题8┃效率问题求：(1)汽车对路面的压强为多少？(2)汽车行驶过程中克服阻力做了多少功？其功率为多少？(3)若该汽车热机的效率为25%，如果不考虑热机及其他的能量损失，汽油热值为4.6×107J/kg，则该汽车行驶10km的过程中需要的汽油质量为多少千克？【答案】(1)5.75×104Pa(2)1.15×107J2.3×104W(3)1kg【思路点拨】专题8┃效率问题①明确效率类型：属于热机效率②明确有用功与总功：有用功为汽车克服摩擦做的功；总功为汽油完全燃烧放出的热量③分析结果：W有为克服摩擦做的功→摩擦力为汽车重力的0.1倍，即f＝0.1G＝0.1×1.15×104N＝1.15×103N→W有＝fs＝1.15×103N×104m＝1.15×107J；总功为汽油完全燃烧放出的热量，即Q放＝mq→由公式η＝WQ放，得Q放＝W有η＝1.15×107J25%＝4.6×107J→根据热量公式计算出需要的汽油质量m＝Q放q＝4.6×107J4.6×107J/kg＝1kg例3【2013•安徽】某家庭用一个标有“220V1000W”字样的电热水器来烧水。该电热水器正常工作20min，可将质量为5kg、温度为20℃的水加热到60℃。水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)。求这段时间内：(1)水吸收的热量。(2)电热水器消耗的电能。(3)电热水器的热效率(水吸收的热量与消耗的电能之比叫热效率)。专题8┃效率问题类型三电热效率【答案】(1)8.4×105J(2)1.2×106J(3)70%【思路点拨】专题8┃效率问题①明确效率类型：属于电热效率②明确有用功与总功：有用功为水吸收的热量；总功为电流做的功③分析结果：水吸收的热量Q＝cm(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(60－20)℃＝8.4×105J；电热水器消耗的电能为W＝Pt＝1000W×20×60s＝1.2×106J；电热水器的效率：η＝QW＝8.4×105J1.2×106J＝70%专题8┃效率问题【针对训练】2．【2013•德州】根据能量守恒定律，瑞士大学学生设计了一款灯壶合一的“水壶台灯”，如图T8－4所示。“水壶台灯”由玻璃壶罩、圆形底座和白炽灯组成。白炽灯泡与壶形灯罩下方的凹槽正好吻合(灯泡不直接与水接触)，可将发光时所产生的热能用于茶水保温。白炽灯标有“100W”字样。求：(1)该台灯正常工作半小时所消耗的电能。(2)若上述电能的91%转化为内能，可将多少千克初温为40℃的茶水加热至90℃？[c茶水＝4.2×103J/(kg•℃)]【答案】(1)1.8×105J(或0.05kW·h)(2)0.78kg1．【2013•枣庄】甲吊车比乙吊车的机械效率高，当它们分别把相同质量的物体匀速提升相同高度时，则()A．甲吊车的电动机做的有用功较多B．乙吊车的电动机做的额外功较多C．甲吊车的电动机做的总功较多D．甲、乙两吊车的电动机做的总功相同专题8┃效率问题一、选择题B专题8┃效率问题2．【2013•黄冈】李华同学利用如图T8－5所示装置提起水中的物块，下列判断正确的是()A．装置中的滑轮是定滑轮B．装置中的AOB是省力杠杆C．装置的机械效率可以达到100%D．物块上表面露出水面前，所受浮力不断减小B专题8┃效率问题二、填空题3．【2013•牡丹江】如图T8－6所示，将一个重为10N的木块沿倾角为30°的斜面匀速向上拉至顶端，拉力为8N，斜面高5m，拉力做功为________J，木块所受的摩擦力为________N。803专题8┃效率问题4．【2013•咸宁】家庭浴室中常用的暖灯型浴霸是通过灯泡的热辐射来升高光照区域内空气温度的。某型号浴霸由四只标有“220V750W”的同规格发热灯组成，如图T8－7所示。若当地空气的密度为1.2kg/m3，测得浴室的面积为6m2，高为2.5m，浴室内空气的质量m＝______kg；当四只灯泡同时正常工作250s时，发热灯加热产生的热量是________J，此过程浴室内的空气温度从10℃上升到25℃，空气的比热容为1.0×103J/(kg•℃)，浴室内空气吸收的热量是__________J；浴霸加热浴室内空气的能量转化效率是__________%。187.5×1052.7×10536专题8┃效率问题5．【2013•雅安】电动自行车已成为大众化的一种交通工具，小乔对家里的电动自行车进行了测试，她骑车在平直的路面上由静止开始运动，获得如图T8－8所示的速度v和牵引力F随时间t变化的关系图象。已知匀速行驶时，电动机输入电压48V，输入电流5A。由图可知，7～12s内电动自行车受到的摩擦力为________N；电动自行车匀速行驶时，电能转化为机械能的效率为________%。3587.5专题8┃效率问题三、计算题6．【2013•河北】如图T8－9所示，重为1140N的物体与水平地面的接触面积为1.5×103cm2。工人师傅用600N的力匀速提升物体，物体的速度为0.2m/s。(不计摩擦及绳重)求：(1)工人师傅拉绳的功率。(2)滑轮组的机械效率。(3)体重为450N的小明用此滑轮组提升物体，但物体没有被拉动，物体对地面的最小压强为多大。【答案】(1)240W(2)95%(3)2000Pa专题8┃效率问题7．【2013•包头】如图T8－10所示是某种电热饮水机的简化电路示意图，它有加热和保温两种工作状态(由机内温控开关S0自动控制)，阅读该饮水机说明书可知：热水箱容积2L，额定电压220V，加热时的功率400W，保温时的功率40W。试问：(1)饮水机处于保温状态时温控开关S0应处于什么状态？(2)R1和R2的电阻值各是多大？(3)在用电高峰期，该饮水机的实际工作电压只有200V，加热效率为80%。若将装满水箱的水从20℃加热至100℃，需要多长时间？[c水＝4.2×103J/(kg•℃)，ρ水＝1.0×103kg/m3，忽略温度对电阻的影响]【答案】(1)S0处于断开状态。(2)R1＝121ΩR2＝1089Ω(3)2541s专题8┃效率问题8．【2013•黔东南】小明同学家里新买了一台电热饮水机，该电热饮水机有加热和保温两种功能，铭牌的部分参数如下表所示。经分析得知，当开关S闭合时，饮水机处于加热状态；S断开时，饮水机处于保温状态，其工作电路图如图T8－11所示。为了测定其加热时的实际功率，小明断开家中其他所有的用电器，只将饮水机接入电路，闭合开关S，测得将热水箱中初温为20℃的水烧开共用了7.5min(在标准大气压下)，同时观察到家中标有“1200r/(kW•h)”字样的电能表转盘转过120转。根据以上信息，求：水箱容量1L额定电压220V加热时额定功率350W(1)热水箱中的水从20℃烧开所吸收的热量。(2)饮水机加热时的实际功率。(3)饮水机加热过程中的热效率。专题8┃效率问题【答案】(1)3.36×105J(2)800W(3)93.3%专题8┃效率问题9．【2013•淄博】如图T8－12所示是一种太阳能路灯的电路示意图，光控开关S白天与a点接触，太阳能电池板给蓄电池充电；晚上与b点接触，蓄电池给路灯供电。太阳能电池板在晴天时每天可接受太阳能7.5kW•h，能使“12V36W”的一盏路灯正常工作5天，路灯每天工作10h。求：(1)路灯正常工作时的电阻。(2)正常工作时每盏路灯每天消耗的电能。(3)太阳能电池把光能转化为电能的效率。【答案】(1)4Ω(2)1.296×106J(或0.36kW·h)(3)24%专题8┃效率问题10．【2013•潍坊】在新农村建设中很多楼房顶部装有如图T8－13所示的太阳能、电能两用热水器，该热水器利用太阳辐射的能量加热时，能把太阳辐射能的70%转化为水的内能；用电热丝加热时，能把电能的90%转化为水的内能。该热水器也可利用太阳辐射的能量和电热丝同时加热。它的铭牌如下表所示：××牌热水器型号HM—20集热管数28支额定频率50Hz水箱容积150L集热管管长180cm额定电压220V防水等级A系统承压3.0MPa额定功率4000W自身质量50kg采光面积2.0m2小明家热水器的支架与楼顶水平台面总接触面积为0.1m2，他家所在的地区(晴天)每天接收太阳辐射的时间为8h，太阳光照射到地面时的辐射功率为900J/(s•m2)，即每平方米的面积上每秒得到的太阳辐射能平均为900J。已知g取10N/kg，c水＝4.2×103J/(kg•℃)，ρ水＝1.0×103kg/m3。当热水器内蓄满水时，求：(1)热水器对水平台面的压力和压强。(2)热水器每天接收的太阳辐射能使水升高的温度。(3)热水器将水从20℃加热到52.4℃所需的最短时间。专题8┃效率问题【答案】(1)2000N20000Pa(2)57.6℃(3)4200s专题8┃效率问题总质量：1600kg额定功率