初中物理有关“效率”计算题的解析.doc
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初中物理有关“效率”计算题的解析
西安龙文教育王老师
现代社会时时、处处讲效率,关于对效率的理解和计算是初中物理的一个比较重要的内容,也是中考的重要内容之一。
中考时涉及这部分内容的题型也比较全面,有填空、选择、实验和计算。
计算题主要考查应用机械效率的公式解决一些实际问题,并且和简单机械、功、功率、热量、燃料的热值等知识有机联系在一起,下面结合一些典型计算题对考查的要点、内容进行分析说明。
一,考查定滑轮的机械效率
例1福州市政府投入巨资,对二环路沿街实施景观改造。
施工中,一工人利用如图1所示的定滑轮将一桶沙匀速拉到10m高处,沙重90N,所用的拉力是100N。
求:
(1)有用功是多少?
(2)总功是多少?
(3)定滑轮的机械效率是多大?
解析:
(1)工人的目的是把重90N的沙子匀速拉到10m高处,故有用功
图1
W有用=Gh=90N×10m=900J
(2)因为定滑轮的实质是等臂杠杆,所以绳自由端移动的距离和桶升高的距离相等,即s=10m,故总功
W总=Fs=100N×10m=100J
(3)定滑轮的机械效率
η===90%
二,考查动滑轮的机械效率
例2如图2所示,物体重180N,动滑轮重20N,绳重和摩擦不计.在拉力F的作用下,物体正以0.1m/s的速度匀速上升.求:
(1)拉力F;
(2)拉力做功的功率;
(3)动滑轮的机械效率.
解析:
(1)因为动滑轮能省一半的力,且绳重和摩擦不计,所以拉力
F===100N
(2)拉力做功的功率
图2
P==Fυ=100N×0.1m/s=10W
(3)动滑轮的机械效率为
η===90%
三,考查滑轮组的机械效率
<1>竖直装置滑轮组
例3装卸工人用如图3所示的滑轮组匀速提升质量为100kg,所用的拉力F为550N,绳子自由端在50s内被拉下2m,在此过程中求:
⑴拉力F所做的功和功率;
⑵滑轮组的机械效率;
⑶滑轮组中动滑轮的重力;
图3
(g取10N/㎏,不计绳重及滑轮摩擦)
解析:
(1)拉力F所做的功
W=Fs=550N×2m=1100J
拉力F的功率P==220W
(2)由图可知,此滑轮组有2段绳承担物体,因此绳自由端移动的距离是物体移动距离的2倍,即s=2h,则h==×2m=1m
工人做的有用功为
W有用=G物h=100kg×10N/kg×1m=1000J
上一小题已计算出拉力做的功,这些功就是总功,即W总=1100J
因此滑轮组的机械效率
η===90.9%
(3)因为此题不计绳重及滑轮摩擦,所以,动滑轮的重为
G动=2F-G物=2×550N-100kg×10N/kg=100N
<2>水平装置滑轮组
例4一辆汽车不慎陷入泥坑,司机用图4示的滑轮组将汽车拖出。
已知整个过程中,水平拉力F是1×104N,汽车沿水平方向匀速移动了4m,已知车与地面的摩擦力为2.4×104N。
求:
(1)拉力F做的总功。
图4
(2)滑轮组的机械效率。
解析:
(1)由图可知,此滑轮组有3股绳子通过动滑轮,所以绳端移动的距离是车通过距离的3倍,
即s绳=3s车=3×4m=12m
则拉力F做的总功为
W总=Fs绳=1×104N×12m=1.2×105J
(2)本题中用滑轮组的目的是把汽车从泥坑里拖出,所以滑轮组对汽车所做的功是有用功,汽车沿水平方向匀速移动,滑轮组对汽车的拉力和地面对汽车的摩擦力相等,故
W有用=f阻s车=2.4×104N×4m=9.6×104J
滑轮组的机械效率为
η===80%
四,考查斜面的机械效率
例5如图5所示。
斜面长1m,高0.2m.;将10N重的物体A从斜面底端匀速拉到斜面顶端,需要用平行于斜面的力2.5N,那么:
(1)斜面的机械效率是多少?
(2)重物上升过程中克服摩擦做了多少额外功?
图5
解析:
(1)把重10N的物体拉到斜面顶端即将它提高0.2m是最终的目的,故有用功
W有用=Gh=10N×0.2m=2J
总功就是平行于斜面的拉力所做的功,故总功
W总=Fs=2.5N×1m=2.5J
所以斜面的机械效率
η===80%
(2)因为总功是有用功和额外功的和,所以额外功
W额=W总-W有用=2.5J-2J=0.5J
五,考查热机的效率
例6一辆轿车在平直的高速公路上以90km/h的速度匀速行驶了1.8km,共消耗汽油0.25kg,若此过程中轿车发动机的功率为40kW,(汽油的热值为4.6×107J/kg)求:
(1)轿车行驶中所受的阻力;
(2)轿车发动机的效率。
解析:
(1)已知,υ=90km/h=25m/s,P=40kW=40000W,由于轿车做匀速直线运动,因此,轿车在水平方向上所受的力是平衡力,即发动机的牵引力和所受的阻力相等,所以,
f阻=F牵===1600N
(2)轿车在牵引力的作用下行驶了1.8km,即s=1.8km=1800m,所以有用机械功为
W有用=Fs=1600N×1800m=2.88×106J
轿车行驶1.8km消耗汽油0.25kg,这些汽油完全燃烧放出的能量是
Q总=qm=4.6×107J/kg×0.25kg=1.15×107J
因此,轿车发动机的效率为
η===25.04%
六,考查电动机的效率
例7一台起重机把质量为0.6t的重物匀速提升了3m,如果它的电动机所做的功是3.0×104J,则起重机的电动机的效率是多少?
(g=10N/kg)
解析:
起重机匀速提升重物所用的力等于物体所受的重力,
即F=G=mg=0.6×103kg×10N/kg=6×103N
起重机提升重物所做的功是有用功,则
W有用=Gh=6×103N×3m=1.8×104J
起重机的电机所做的功是总功:
W总=3.0×104J
因此,起重机电动机的效率是:
η===60%
七,考查锅炉的效率
例8爱华中学为学生供应开水,用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃,燃烧了6kg的无烟煤。
水的比热容是4.2×103J/(kg..℃),无烟煤的热值是3.4×107J/kg,求:
锅炉的效率是多少?
解析:
锅炉内200kg的水吸收的热量是有效利用的热量,这些热量为
Q有用=c水m水△t=4.2×103J/(kg..℃)×200kg×(100℃-25℃)
=6.3×107J
6kg的无烟煤完全燃烧放出的热量是消耗的总的能量,这些能量为
Q总=q无烟煤m无烟煤=3.4×107J/kg×6kg=2.04×108J
因此,锅炉的效率是
η===30.88%
八,综合考查
图6
例9如图6是一组合搬运机械,它由一个电动机和一个带有定滑轮的斜面组合而成。
已知斜面长为6m、高为3m。
现用该机械将一质量为0.6t的重物,从地面匀速搬运到3m高的平台,电动机消耗的电能为4.5×104J,电动机输出的机械功为3.6×104J。
求此过程中,
(1)使用该机械所做的额外功
(2)该组合机械的机械效率(g取10N/kg)
解析:
(1)使用该装置的目的是是把质量为0.6t的重物提高3m,故有用功
W有用=Gh=mgh=0.6×1000kg×10N/kg×3m=1.8×104J
电动机消耗的电能即电流所做的功为总功,W总=4.5×104J
所以,使用该机械所做的额外功
W额=W总-W有用=4.5×104J-1.8×104J=2.7×104J
(2)因此,该组合机械的机械效率
η===40%
通过对以上例题的分析可以发现:
效率问题涉及的考点多,范围广,综合性和应用性强。
在解答有关效率的计算题时,要冷静思考,结合具体的问题情境,获得相关的有用信息,紧紧围绕机械效率的计算公式,得出正确的答案。
建议同学们在复习过程中,重视基础知识,一定要掌握、理解必要的物理公式,并会据此解决实际问题。
只有夯实基础,举一反三,才能熟练而正确的解决有关效率的计算题。
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- 初中 物理 有关 效率 算题 解析