能量转化中的效率计算

能量可以从一种形式转化为另一种 形式，要实现这种能量的转化需要一定 的设备，由于设备本身的限制，不可能 将一种能量全部转化为另一种能量，这 就出现了设备的效率问题。各地中考以 设备的效率为载体，围绕有用的能量和 总能量涉及的相关知识设置考点，试题 的综合性较强，覆盖初中物理的力、热、 电、能量等知识。
❖ （1）此柴油抽水机2h做了多少有用功？
❖ （2）此柴油抽水机工作2h消耗了多少柴油？
❖ （3）此柴油抽水机的总功率为多少千瓦？
❖ 解析：柴油抽水机将柴油完全燃烧产生的能量通过 克服重力做功转化为水的重力势能。试题以此为载 体，考查了质量、密度、重力、热值、功和功率等 知识。
❖ 虽然抽水机是将水连续地分批抽上去，我们可 以想象成抽水机将全部1600m3的水一次性地在2h 内缓慢抬升4.5m，这就是等效法的应用。
5.电热水机的效率 例5.小明家新买了一台饮水机，铭牌如下图所示。小明的父母经常为夜间是否要 关闭饮水机而发生争执：妈妈认为应该关机，理由是饮水机在夜间无人饮水时仍 在对热水包里的水间歇性加热，白白消耗电能。爸爸则认为不该关机，因为第二 天重新开机为凉水加热会消耗更多的电能。于是小明决定用实验来化解父母的争 执。 第一天晚上十点，他关掉家中的其他用电器，只启用饮水机的加热功能，记下此 时电能表的示数376.1。第二天早晨六点钟，热水包里的水温达到预定温度90℃， 他又读出电能表的示数为376.4。 第二天晚上十点，他将饮水机关闭，第三天早晨启动饮水机将热水包中30℃的水 加热到预定温度90℃，用时12min。求： 额定电压220V热水包容积1.2L额定频率50Hz冷水包容积0.5L制热功率500W保险柜 容积16L制冷功率98W防漏电类型I类（1）饮水机正常制热时的电流。 （2）热水包中30℃的水加热到90℃所吸收的热量。已知：水的密度是 1.0×103kg／m3，水的比热容是4.2×103J／（kg·℃）。 （3）根据铭牌计算第三天烧水时电热水器的能量转化效率。 （4）请你通过计算判断：小明的爸爸妈妈谁说得对？
4．汽车发动机的效率 例4．2010年12月30日通车的湛徐高速，使得从湛江市区到徐 闻县海安港口全程只需约1个小时，从而使雷州半岛的居民从 此真正进入湛江市“一小时生活圈”。今年“五·一”期间， 爸爸开车带着李兵从湛江市区出发沿湛徐高速到徐闻参观“大 汉三墩”景点，汽车（包括车上的人和物品）质量为 1.8×103kg，车轮与地面的总接触面积为0.09m2，当汽车以 90km/h的速度在平直路面上匀速行驶时，汽车发动机牵引力为 1000N，效率为30％，汽油的热值为4.6×107J／kg（假设汽油 完全燃烧，g取10N／kg）。求： （1）汽车静止时对路面的压强； （2）汽车以90km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率； （3）若汽车按照这种方式行驶，这次旅行全程往返250km，牵 引力做的功是多少？李兵应该提醒爸爸至少要加汽油多少kg？
能量转化中的效率计算
例
在一定条件下，各种形式的能是可以相互转化
例如：
1、摩擦生热： 机械Hale Waihona Puke Baidu能转化为 内 能。 2、电灯发光： 电 能转化为 光 能。 3、柴火燃烧：化学 能转化为 内 能。 4、水电站的水轮机发电：机械 能转化为电 能
5、壶中的水沸腾时将壶盖顶起
内 能转化为 机械 能。 6、太阳能发电机发电：太阳 能转化为 电 能 7、电风扇转动： 电 能转化为机械 能。
❖ 请回答以下问题： ❖ （1）玻璃吸热管内向光一侧的水吸热后体积增大、密度变小，所受到的浮力
____重力。 ❖ （2）能否将黑色的吸热材料涂在玻璃吸热管的外表面上?简单说明理由。。 ❖ （3）将质量为100kg的初温为20℃的水加热到60℃，求这些水需要吸收多少
热量?[水的比热容是4.2×103J/（kg?℃）] ❖ （4）某品牌太阳能热水器集热器面积为S=2m2，热效率为η=40%（即热水器
❖ （3）此锅炉的效率是多少?
❖ 解析：试题以锅炉为载体，考查了吸热升温公式和 燃料燃烧放热公式。要求锅炉的效率，需要清楚锅 炉将燃料燃烧放出的热量转化为水的内能，因此水 温度升高吸收的热量是有用的能量，无烟煤完全燃 烧放出的热量是总能量。
❖ 2．柴油抽水机的效率
❖ 例2．今年我省出现大面积干旱，造成农田缺水，严重影响 农作物生长，为缓解旱情，很多地方采用柴油抽水机从江湖 中引水灌溉。某柴油抽水机把湖水抬升4.5m流入沟渠，再 去灌溉农田。已知在2h内抬升了1600m3的水，此柴油抽水 机的效率为40%，柴油的热值为4.5×107J/kg，g取10N/kg， 求：
能将照射到玻璃吸热管上的太阳能的40%转化为水的热能），该地点太阳能 辐射到地面的平均功率为P=1.4×103W/m2（即平均每平方米每秒钟太阳辐射 能为1.4×103J）。在第（3）小题中水吸收的热量由该热水器提供，求需要加 热多少小时?
❖ 解析：太阳能热水器把太阳能转化成内能，把水从 低温加热到高温。以此为背景，试题考查了浮力、 热传递、热量、效率等知识。
❖ （1）通过阅读材料可知，玻璃吸热管内向光一侧 的水吸热后体积增大、密度变小而向上运动，这就 是上浮，所以水受到的浮力大于重力。
❖ （2）黑色的吸热材料能把太阳能更有效地转化为 内能，若涂在玻璃吸热管的外表面，只能使吸热管 的外表面温度更高，中间的真空层不利于将热量传 递给内层管内的水，还会有一部分热量散失到空气 中。
太阳能电池板
火力发电
水力发电
发电
❖ 1．锅炉的效率
❖ 例1．某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×l07J／kg。求：
❖ （1）锅炉内的水吸收的热量是多少?
❖ （2）无烟煤完全燃烧放出的热量是多少?
❖ 3．太阳能的效率 ❖ 例3．阅读下面的短文，回答问题。 ❖ 太阳能热水器能利用太阳能把水从低温加热到高温，以满足人们日常生活的
需要。它具有安全、节能、环保等优点。
❖ 如图1所示，太阳能热水器主要由两部分构成：一部分是由许多根玻璃吸热管 组成的集热器，每根玻璃吸热管由双层玻璃管组成，双层玻璃管之间是真空。 如图2所示是玻璃吸热管的工作原理图，它的结构与保温瓶的玻璃内胆相似， 只是在玻璃吸热管的内表面涂了一层黑色的吸热材料；另一部分是保温储水 箱，保温储水箱下部与玻璃吸热管相通。玻璃吸热管工作原理如图所示：当 太阳光入射到黑色的吸热层上时，黑色吸热层能把太阳能更有效地转化为热 能，将管内的水加热。向光一侧的水被加热后体积增大、密度变小而向上运 动；背光一侧的水由于温度较低、密度较大而向下运动，形成冷热水循环， 最终整箱水都升高至一定的温度。玻璃吸热管具有吸热保温作用。