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1、总述与目录初中物理初中物理“效率效率”问题，起源于机械效率。然后不断拓，起源于机械效率。然后不断拓展。因此，了解展。因此，了解“效率效率”问题，也，也应从机械效率开始，从机械效率开始，逐逐渐延展到其它延展到其它领域。域。目目录：1 1、机械效率、机械效率2.2.热效率效率3.3.光光电转化效率化效率4.4.力力热转换效率效率5.5.电热转换效率效率6.6.电力力转换效率效率一、机械效率1.1.原理：原理：=W=W有用有用/W/W总2.2.例例题：例例1.1.一一质量量为6kg6kg的石的石块，沉在装水的容器底部，某同学，沉在装水的容器底部，某同学用一用一动滑滑轮将石将石块从水中匀速提起从水中匀
2、速提起1m1m，但石，但石块没有露出没有露出水面，已知水面，已知绳的自由端拉力的自由端拉力为25N25N。（石石=310=3103 3kg/mkg/m3 3,g=10N/kg),g=10N/kg)求：石求：石块在上升在上升过程中程中: :(1)(1)石石块受到的浮力受到的浮力为多少多少? ?(2)(2)绳的自由端拉力做功的自由端拉力做功为多少多少? ?(3)(3)动滑滑轮的机械效率的机械效率为多少多少? ?机械效率例题解析解析：有用功是不用机械直接做功解析：有用功是不用机械直接做功时，所做的功。，所做的功。总功功是用了机械后，是用了机械后，实际做功的多少。做功的多少。（1）石）石块的体的体积和
3、受到的浮力和受到的浮力V=m/=6kg/(3103kg/m3)=210-3m3F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg210-3m3=20N（2）绳端被拉的端被拉的长度和拉力所做的度和拉力所做的总功功：S=2h=21m=2mW总=FS=25N2m=50J（3）有用功及其机械效率：机械效率例题解析W有用有用=（G-F浮浮）h=(mg-F浮浮）h=(6kg10N/kg-20N)1m=40N1m=40J=W有用有用/W总=40J/50J=80%二、热效率1.1.原理：原理：热传递过程中能量有程中能量有损失。失。获得的得的总内能与内能与释放放总内能之内能之间的比的比值。2.2.例例题例例2.
4、2.简易太阳能易太阳能热水器的受光面水器的受光面积1.4m1.4m2 2,内装内装80kg80kg水，水，太阳每分太阳每分钟辐射到射到1m1m2 2面面积上的上的热量是量是8108104 4J,J,如果如果6060的的热量被水吸收量被水吸收, ,问:20:20的水晒的水晒3h3h后水温升高到多少后水温升高到多少摄氏度？（水的比氏度？（水的比热容是容是4.2104.2103 3J/(kg)J/(kg)热效率例题解析解析：其效率解析：其效率为为Q吸与太阳吸与太阳辐辐射射热热Q的比的比值值。所以。所以Q吸等于太阳吸等于太阳辐辐射射热热Q与其效率的与其效率的积积。晒晒3h后，后，辐辐射的太阳射的太阳热
5、热量：量：Q=8104J1.4360=2.016107J水吸收的水吸收的热热量量为为：Q吸吸=Q=2.016107J60%=1.2096107J水温升高：水温升高：被晒后的水温：被晒后的水温：t=t0+t=20+36=56热效率例题解析例例3.3.每到夏收季每到夏收季节，高淳，高淳农村大量村大量农作物秸作物秸秆在田在田间被被随意焚随意焚烧，如，如图这不不仅造成造成资源浪源浪费、环境境污染，而且染，而且极易引极易引发火灾等。火灾等。为解决解决这一一问题，现已研制出利用秸已研制出利用秸秆生生产的的节能能环保型燃料保型燃料秆浆煤。若燃煤。若燃烧1.75Kg1.75Kg秆浆煤，使煤，使50kg50kg
6、、2020的水温度升高到的水温度升高到8080。（。（热值为2.4102.4107 7J/kgJ/kg）。求此）。求此时的效率。的效率。热效率例题解析解析：解析：水吸收的水吸收的热量：量：Q Q吸吸=cm=cmtt=4.210=4.2103 3J/(kgJ/(kg)80kg(8080kg(80-20)-20)=2.016=2.01610107 7J J秆浆煤完全燃煤完全燃烧放出的放出的热量：量：Q=qm=2.410Q=qm=2.4107 7J/kgJ/kg1.75kg1.75kg=4.210=4.2107 7J J吸吸热效率效率为：=Q=Q吸吸/Q=/Q=2.0162.01610107 7J/
7、4.210J/4.2107 7J=48%J=48%三、光电转化效率1.1.原理：通原理：通过光光电池可将部分光能池可将部分光能转化化为电能。其效率能。其效率为电能与能与对应所需光能的比所需光能的比值。2.2.例例题例例4.4.某种游艇是以太阳能某种游艇是以太阳能为动力，不力，不仅节约能源而且无能源而且无污染，它的关染，它的关键技技术部件是光部件是光电转换板，此板接受太阳板，此板接受太阳光的面光的面积是是8 8米米2 2，当板正，当板正对太阳光太阳光时能能够产生生120120伏的伏的电压，游艇上的自，游艇上的自动装置使光装置使光电转换板始板始终与阳光垂直，与阳光垂直，向向电动机提供机提供1010
8、安的安的强大大电流。流。电动机机线圈的直流圈的直流电阻阻是是4 4欧，太阳光垂直照射到欧，太阳光垂直照射到单位面位面积上的上的辐射功率射功率为1.0l01.0l03 3瓦米瓦米2 2。根据以上信息，求：。根据以上信息，求：（1 1）该光光电转换板的效率板的效率（2 2）电动机把机把电能能转化化为机械能的效率。机械能的效率。光电转化效率例题解析解析：由于涉及解析：由于涉及电功、功、电功率知功率知识，可能，可能暂时不明白我不明白我的解析道理。但等大家学的解析道理。但等大家学习这部分内容后再回看，一定部分内容后再回看，一定能真正明白。能真正明白。每每s s种种辐射的太阳能：射的太阳能：W=1.0l0
9、W=1.0l03 3W Wm m2 28m8m2 21s1s=810=8103 3J J获得的得的电能：能：W W电=UIt=120V10A1s=UIt=120V10A1s=1.210=1.2103 3J J转化效率：化效率：=W=W电/W=/W=1.2101.2103 3J/810J/8103 3J=15%J=15%四、力热转换效率1.1.原理：其效率原理：其效率为获得所做机械功与燃料完全燃得所做机械功与燃料完全燃烧放出放出的的热量的比量的比值。2.2.例例题解析：解析：例例5.5.一一辆汽汽车匀速行匀速行驶，速度，速度为90km/h90km/h，匀速，匀速时阻力阻力为920N920N，其，
10、其发动机效率机效率为30%30%，汽油，汽油热值为4.6104.6107 7J/kg.J/kg.求：求：（1 1）发动机的功率机的功率（2 2）汽）汽车匀速行匀速行驶300km300km做多少功做多少功（3 3）匀速行）匀速行驶300km300km消耗多少汽油消耗多少汽油力热转换效率例题解析（1 1）牵引力及引力及发动机的功率：机的功率：F=f=920NF=f=920NP=Fv=920NP=Fv=920N(90/3.6)m/s(90/3.6)m/s=2.310=2.3104 4J J（2 2）汽）汽车牵引力做功：引力做功：W=FS=920N30010W=FS=920N300103 3m m=2
11、.7610=2.76108 8J J（3 3）燃油完全燃）燃油完全燃烧放出的放出的热量：量：Q=W/=2.7610Q=W/=2.76108 8J/30%J/30%=9.210=9.2108 8J J力热转换效率例题解析汽油的汽油的质量：量：m=Q/q=m=Q/q=9.2109.2108 8J/J/4.6104.6107 7J/kgJ/kg=20kg=20kg力热转换效率例题解析例例6.6.一台汽油机，活塞面一台汽油机，活塞面积是是50cm50cm2 2，活塞行程是，活塞行程是25cm25cm，做功冲程燃气做功冲程燃气产生的平均生的平均压强为9.84109.84105 5PaPa，若，若飞轮的的
12、转速是速是600600转/ /分分钟，效率，效率为3030，求汽油机在，求汽油机在1 1小小时内内要消耗多少在汽油？（汽油的燃要消耗多少在汽油？（汽油的燃烧值为4.6104.6107 7J/kgJ/kg）解析：解析：每分每分钟完成的做功冲程数：完成的做功冲程数：n=600/2=300n=600/2=300每个冲程做功：每个冲程做功：W W1 1=FL=PSL=9.8410=FL=PSL=9.84105 5Pa5010Pa5010-4-4m m2 225102510-2-2m m=1.2310=1.23103 3J J力热转换效率例题解析每分每分钟做功：做功：W W2 2=300W=300W1
13、1=3001.2310=3001.23103 3J J=3.6910=3.69105 5J J每分每分钟燃料完全燃燃料完全燃烧放出的放出的热量：量：Q=WQ=W2 2/ /=3.69103.69105 5J/30%J/30%=1.2310=1.23106 6J J每分每分钟需要的燃料：需要的燃料：m m1 1=Q/q=1.2310=Q/q=1.23106 6J/(4.610J/(4.6107 7J/kg)J/kg)=0.0267kg=0.0267kg每小每小时需要的燃料：需要的燃料：m m2 2=60m=60m1 1=600.0267kg=600.0267kg=1.6kg=1.6kg五、电热转
14、换效率1.1.原理：原理：电能能转化化为内能内能时，其效率，其效率为吸吸热的的热量与消量与消耗的耗的电能的比能的比值。2.2.例例题解析：解析：例例7.7.电磁炉以其高效、磁炉以其高效、节能、能、卫生、安全成生、安全成为新一代智新一代智能灶具。一只能灶具。一只1500W1500W的的电磁炉正常工作磁炉正常工作时，在，在1 1个个标准大准大气气压下将下将1kg1kg的水从的水从2020加加热到到刚沸沸腾时，需要，需要4min,4min,问电磁炉的效率是多少？磁炉的效率是多少？电热转换效率例题解析解析：解析：水吸收的水吸收的热量：量：Q Q吸吸=cm=cmt=4.210t=4.2103 3J/(k
15、gJ/(kg)1kg(1001kg(100-20)-20)=3.3610=3.36105 5J J消耗的消耗的电能：能：W=Pt=1500W460sW=Pt=1500W460s=3.610=3.6105 5J J该电磁炉的效率是：磁炉的效率是：=Q=Q吸吸/W=3.3610/W=3.36105 5J/3.610J/3.6105 5J J=93.3%=93.3%六、电力转换效率1.1.原理：原理：电能能转化化为机械能机械能时，所做机械功与消耗的，所做机械功与消耗的电能的比能的比值。2.2.例例题例例8.8.随着科学技随着科学技术的的发展，展，电动自行自行车是目前是目前较为时尚的代步工具。某厂尚的
16、代步工具。某厂生生产的一种自行的一种自行车，其主要参数如下表所示，其主要参数如下表所示 表中表中“36V10Ah”“36V10Ah”指的是指的是输出出电压为36V36V，工作，工作电流与工作流与工作时间乘乘积为10A10A每小每小时。如果。如果电动自行自行车在平直公路上行在平直公路上行驶时所受阻力所受阻力f f与行与行驶速度速度vv和自行和自行车队对地面地面压力力N N（N N的大小等于的大小等于mg)mg)成正比，即成正比，即f=kmgvf=kmgv，其中，其中k=5.010k=5.010-3-3s/ms/m，g g取取10N/kg10N/kg。求：。求：（1 1）该电动自行自行车正常行正常
17、行驶时的的电流多大，一次充流多大，一次充电可行可行驶多多长时间？ （2 2）自行）自行车匀速行匀速行驶时有用功功率多大？效率是多少？有用功功率多大？效率是多少？ （3 3）自行）自行车电动机机还配有功率配有功率为P=80WP=80W的低速档，当自行的低速档，当自行车在平直公路上在平直公路上以此低速档匀速行以此低速档匀速行驶时，其速度，其速度为多大？（多大？（设功率不功率不变）（注意：阻力随）（注意：阻力随速度大小而改速度大小而改变）：）：电力转换效率例题解析解析：解析：（1 1）电动车正常行正常行驶时的的电流：流：I=P/U=180W/36V=5AI=P/U=180W/36V=5A充足一次充足
18、一次电后，可行后，可行驶的的时间：t=Q/I=10Ah/5A=2ht=Q/I=10Ah/5A=2h（2 2）正常匀速行）正常匀速行驶时的速度的速度为6m/s6m/s，此，此时的的牵引力是：引力是：F=f=kmgv=5.010F=f=kmgv=5.010-3-3s/m80kg10N/kg6m/ss/m80kg10N/kg6m/s=24N=24N功率是：功率是：P=Fv=24N6m/s=144WP=Fv=24N6m/s=144W电力转换效率例题解析其效率其效率为：=W=W机机/W/W电=Pt/(Pt)=P/P=Pt/(Pt)=P/P=144W/180W=80%=144W/180W=80%（3 3）
19、设此此时的速度的速度为vv，则牵引力引力为：F=kmgvF=kmgv功率：功率：P=Fv=kmgvP=Fv=kmgv2 2故故自主练习练习1.1.太阳能太阳能热水器是利用太阳能来水器是利用太阳能来对水加水加热的一种的一种设备。小新同学家有一台太阳能。小新同学家有一台太阳能热水器安装在离地面水器安装在离地面1010米米高的屋高的屋顶上，上，现需要将初温需要将初温为10100kg10100kg的水，加的水，加热到到6060，则：（：（g g取取10N/kg10N/kg）（1 1）把）把这些水从地面送到屋些水从地面送到屋顶的的热水器中，需要水器中，需要对水做水做多少功？多少功？（2 2）这些水要从太
20、阳那里吸收多少些水要从太阳那里吸收多少热量？量？（3 3）下雨）下雨时，改用，改用热水器中的水器中的电辅助助设备加加热，其，其电辅助加助加热设备的功率的功率为1500W1500W，热效率是效率是70%70%，若不，若不计热损失，加失，加热这些水需要多些水需要多长时间？自主练习练习2.2.乙醇汽油是由乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的能源。乙醇汽油是由乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的能源。乙醇汽油能有效改善油品的性能和乙醇汽油能有效改善油品的性能和质量。它不影响汽量。它不影响汽车的行的行驶性能，性能，还减少有害气体的排放量。乙醇汽油的推广及使用，可以减少有害气体的排放量。乙醇汽油的推广及使用，
21、可以缓解因石解因石油油资源短缺而造成的源短缺而造成的经济压力，乙醇汽油作力，乙醇汽油作为一种新型清一种新型清洁燃料，燃料，是目前世界上可再生能源的是目前世界上可再生能源的发展重点。展重点。小北湖小北湖风景秀景秀丽，水面开，水面开阔，乘坐快艇是，乘坐快艇是许多游客多游客积极参与体极参与体验的的水上水上娱乐项目。目。为了保了保护环境，小北湖境，小北湖风景区管委会改用乙醇汽油景区管委会改用乙醇汽油作作为快艇的燃料。下表快艇的燃料。下表为某种快艇的部分技某种快艇的部分技术参数：参数： (1)(1)请写出使用乙醇汽油的两点好写出使用乙醇汽油的两点好处? ?_；_。(2)(2)为保保证安全，快艇上乘客的安
22、全，快艇上乘客的质量之和不得超量之和不得超过_kg_kg(3)(3)已知已知该快艇使用的乙醇汽油快艇使用的乙醇汽油热值约为4.6104.6107 7J Jkgkg，密度，密度约为0.7100.7103 3kgkgm m3 3，它在水中匀速航行，它在水中匀速航行时所受的阻力所受的阻力f=1400Nf=1400N，若，若发动机的效率机的效率为2525，则该快艇匀速行快艇匀速行驶46km46km耗油多少升耗油多少升? ?总结一、机械效率：一、机械效率：二、二、热效率：效率：主要是内能的主要是内能的转移移三、光三、光电转化效率化效率光能光能转化化为电能能四、力四、力热转化效率化效率内能内能转化化为机械能机械能五、五、电热转化效率化效率电能能转化化为内能内能六、六、电力力转化效率化效率电能能转化化为机械能机械能
