物理计算中的各种“效率”

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你知道生活中的“率”一词吗？种子的发芽率、树的成活率，粉笔利用率，时间的利用率。上述的几个“率”=×100%，表示在事物某一方面的优劣物理学中的效率问题也是这样，用有用的能量在总的能量中的比值，来描述各种设备的性能优劣. 如：杠杆，滑轮组，斜面等机械的机械效率，热机，电动车的能量转化率，电热水器，太阳能热水器的热转化率，电灯的光转化率等等，无论什么效率，同学们应牢记一点，就是找出在设备使用过程中，有效利用的能量在总能量中的比值。因此，正确找出W有用，W总.是解决这一问题的关键

纵观这几年的河南中招物理试题，与效率有关的试题逐年增多，下面结合一些试题，来探讨一下各种“效率”问题

一.机械效率

例1　用一个动滑轮提升重为96N的货物，所用拉力为60N，此动滑轮的机械效率是多少？

解析：解答本题的关键是：一要弄清有用功和总功。将物体提升一定高度做的功——有用功：Ｗ有＝Ｇ物h；作用在绳子自由端的拉力做的功——总功：Ｗ总＝FS，则机械效率可表示为：η＝×１００％＝×１００％，由于使用的机械是动滑轮，物体由两段绳子承担，所以S=2h

解：该动滑轮的机械效率为

η＝×１００％＝×１００％＝×１００％＝×１００％＝８０％

试一试：为了省力，工人师傅常用图3所示的斜面把物体搬运到汽车上。设斜面长为s，高为h，把重为G的物体沿斜面匀速推到车上所用力的大小为F，则搬运物体所做的有用功为

，该斜面的机械效率为 ×100%（用题中代表各物理量的字母表示）。【Gh，Gh/Fs】

二．热机的效率

例2　随着人们生活水平的提高．轿车已逐步进入我国普通百姓家中. 已知某国产骄车每行驶100km消耗8L汽油(1L＝10-3m3)，汽油的密度为0.71×103kg/m3、热值为4.6×107J/kg．则

(1)该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是 kg．

(2)当该汽车以50kW的功率在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时，它所受到的阻力等于 N．

(3)该汽车发动机的效率是 %.

分析：热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机的效率.由于热机是把内能转化成机械能的设备，所以，汽车消耗汽油完全燃烧放出的热量就是总的能量，而汽车克服阻力所做的功为有用功

解：（1)该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是

m油=ρ油V油=0.71×103kg/m3×8×10-3m3=5.68kg

Q放=m油q油=5.68kg×4.6×107J/kg=2.6128×108J

（2）当该汽车以50kW的功率在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时，它所受到的阻力

由P=FV可得

F====2500N

(3)轿车每行100km克服阻力所做的有用功为

W有用=Fs=2500×100×103=2.5×108J

试一试：2.一辆汽车的发动机输出功率为66150瓦,每小时耗柴油14千克,计算发动机的效率.（柴油的燃烧值为4.3×107焦/千克）【39.5%】

三．热效率问题

例3　某电热水器在一标准气压下将1kg水从15℃烧开，若用时7分钟，求热水器的效率。

分析：对于热水器来说有用部分的能量是水吸收的能量即Q水吸，而总的能量是消耗的电能，所以该热水器的发热效率为η＝×１００％

解：Ｑ水吸＝ｃｍΔｔ＝４．２×１０３Ｊ/（kg?C）×1kg×（100℃-15℃）=3.57×105J

W电=Pt=1000W×7×60s=4.2×105J

η＝×１００％=×100%=85%

试一试：25．在“家电下乡”活动中，小刚家买了一台微波炉。小刚对铭牌中加热效率大于92％有点怀疑，他动手进行了测量。他用容积是250mL的废矿泉水瓶装满20℃的自来水，倒入专用塑料杯中，放入微波炉中用最大加热功率加热lmin，取出后测得温度为78℃。请你计算这台微波炉的加热效率。[c水=4.2×103J/(kg?℃)]【92.3%】

四.光转化率问题

例4　某太阳电池板面积为0.5m2，每平方米收集太阳能功率为1.5kw，太阳能路灯一天耗电0.15kw/h。若太阳光照射10小时可使路灯正常工作5天，求太阳能电池板光电转化率是多少。

解析：在本题中太阳电池板10小时收集的太阳能为总的能量，太阳能路灯正常工作5天消耗的电能为有效利用的能量

解:W有用=0.15kwh×5=0.75kwh=0.75×3.6×106J=2.7×106J

W总=Pt=1500w×10×3600s×0.5=2.7×107J

试一试：4.太阳能是21世纪重点发展的能源之一，太阳能汽车是利用太阳能电池将接收到的太阳能转化为电能，再利用电动机来驱动汽车的一种新型汽车。

图15所示的是一辆太阳能实验车，车上太阳能电池接受太阳能的面板的有效面积为S=8m2，太阳光照射到电池板每平方米面积上的辐射功率为P0=1kW,在晴朗有天气，电池对着太阳时产生的电压U=120V，并对车上的电动机提供I=10A的电流，试问：太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少？【15%】

在学习中我们还会遇到其他的一些与效率有关的试题，同学们可以根据以上几种情况的总结规律，正确分析，找出有用的能量和总的能量，举一反三，灵活应用。