效率题分析

效率题分析能源是不能直接利用的，必须通过转换装置经过转换后才能被利用。只要能量转化必有效率问题，自从人类学会了利用能源，能源转换装置从原理上始终没有改变，应用最为普遍的仅为两种：一种锅炉（西方又称外燃机）；另一种是内燃机。二者统称热机。全球已知的化学能源和原子能源都是通过热机转换的。热机是能源转换装置，转换过程中热损失是不可避免的，热机热效率不仅仅是关系使用成本问题，更主要的是反映能源利用率，因此，热机热效率一直是热机技术发展的焦点，也是开发能源，保护环境研究的最有效的方法。效率是个通用概念，初中物理主要学习机械效率、热效率、热机的热效率。 已知能源种类很多。按物质存储能量的性质归类有：物理能、化学能和原子能。1.物理能物理能存在于物质的形态中，物质释放能量或者是存储能量都不会不变物质的物理特性。如：光能、势能、动能等。这些物质在释放能量后只改变了物质的相对物理特性，势能如：水从高处流向低处。动能如：风从高速降减为低速。地球表面物理能能量虽然巨大，但是单位质量下的存储量却很小，物理能源分布分散，现代技术条件下，利用率很有限，而且开发物理能是一项巨大的社会工程。目前，除水资源开发量较大以外，光能、风能尚处于研究阶段，人类目前开发物理能总量大约占能源总需求量的2%左右。物理能转换通常以发电为主。2.化学能化学能存在于物质的组织结构中，物质释放能量或吸收能量都会改变物质的物理特性。如：煤炭、石油、天然气、植物茎杆、木柴。这些物质在释放热能后通常转换为CO2，CO2通过光合作用转换还原成碳氢化合物，如：植物茎杆、木柴，植物茎杆和木柴在特殊条件下聚合成元素碳和碳氢化合物，如：煤炭、石油、天然气。化学能在单位重量下的存储量要比物理能大的多，而且能源种类较多，分布广，转换温度适宜，转化方式简单，安全可靠，是人类最理想的能源，也是应用最为普遍能源，人类目前开发利用化学能总量大约占能源总需求量的95%左右。化学能转换必须依靠热机实现。3.原子能原子能存在于物质组织结构的元素中，物质释放热能或存储热能都会改变物质的化学性质。如：铀、钚、钍等。这些物质元素在释放热量后，衰变为氮，氮在超压下吸收热能还原成元素物质，铀、钚、钍等。原子能在单位重量下的存储量是巨大的，大约是化学能的1000万倍，原子能能源资源很有限，并且非常危险，投资巨大，从探矿、开采、运输、提炼、存储、使用等整个过程，工作人员必须谨慎从事，因此，利用原子能是一项难度很大的系统工程，人类目前利用原子能总量大约占能源总需求量的3%左右。原子能转换必须要通过热机。一、 机械效率（从做功的角度定义）使用机械时，所做的有用功跟总功的比值叫做机械效率。=W有/W总×100%。对机械效率的计算涉及到功的计算，简单机械有关知识，以及有关力的合成知识，这些知识课标要求很低，或者不要求，所以单纯或复杂的机械效率计算题不应该考。1、滑轮组在建筑中应用广泛，如图15所示为建筑工人自制的滑轮组。某工人用此滑轮组将质量为90kg的重物提高5m，所用的拉力是600N。求：（1）所做的有用功；（2）工人做的总功；（3）动滑轮的重；（4）滑轮组的机械效率。2、如图所示，小强在30s内用滑轮组将物体A沿水平地面匀速移动6m，已知物体A重为800N，它受到的摩擦力为60N，小强所用拉力为25N，则A的重力做功为_J，拉力的功率为_W，此滑轮组的机械效率为_.3、某同学想通过实验来探究“影响滑轮组的机械效率的因素”。他做了如图所示的实验，并测算了各次实验装置的机械效率。关于他的实验过程，下列说法中不正确的是( )A. 根据、两次实验可知：滑轮组的机械效率与绳子的绕法无关B. 根据、两次实验可知：同一滑轮组提起物重越大，机械效率越低C. 根据该同学的探究结论可知，通过适当增大物重可以提高滑轮组的机械效率D. 为使实验的结论更具可靠性，应换用不同的装置进行多次实验归纳得出普遍规律思路分析：机械效率和哪些因素有关4、（2010烟台）随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们的住房条件也得到了很大的改善小明家最近购置了一套新房，为了帮助爸爸将重600N的装修材料运送到6m高的楼上，小明利用物理课上学过的滑轮组，设计了如图20甲所示的材料搬运方案(其中每个滑轮重30N，绳子足够长，所能承受的最大拉力为250N，不计绳重及摩擦)(1)计算说明绳子的拉力是否超过绳子的最大承受力?(2)小明爸爸观察了该装置后，他想如果将该装置的滑轮位置颠倒(图20乙)是否会更省力一些，请你按照小明爸爸的想法，用笔画线在乙图绕上绳子并说明小明爸爸的想法是否正确(3)求两种方案的机械效率之比?(4)综合分析评估两个方案，你认为哪个方案更好一些?说明理由  二、 热机效率（从能量转化的角度定义，内能转化为机械能）教材定义：热机的效率是指用来做有用功的能量跟燃料完全燃烧时放出的能量之比。 （已假定燃料完全燃烧，并假定燃料完全燃烧放出的热量被工作媒质完全吸收）即：热Q有/Q放×100工业定义：利用工质所获得的热量Q1做机械功后，工质将进入冷源，因此总有一部分热量在做完功后随工质传给冷源，还有一部分能量要克服摩擦力做功，这部分热量损失叫热损耗，设热损耗的热量为Q2，则转换成机械功的热量应为Q1Q2。热机效率热（Q1Q2）/Q1×100热机效率反映了工质所获得的热量被机械功利用的程度。1、热机的效率较低，为了提高热机的效率，你认为下列方法目前不可能的是（）A尽量使燃料充分燃烧B尽量减少各种热损失C尽量减少因克服摩擦力而额外消耗的能量D想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功2内燃机在交通工具上的大量使用，促进了社会的进步，使人们享受了现代文明，但在使用内燃机的同时又带来了污染这主要是指污染和污染在内燃机工作过程中，如图废气内能35%，散热损失30%，机械损失10%，则内燃机的热机效率为_。3、某单缸汽油发动机汽缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是5×105Pa，汽油的热值是4.6×107J/kg，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是 _J；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，每次汽油燃烧放出的热量是 _J；排气过程中，废气温度 _，内能 _ 4、我国自行生产的某种型号的混合动力汽车，所用的蓄电池组的部分参数如下表所示测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速直线行驶0.5h，消耗汽油放出了2.3×108J的能量这一过程中，蓄电池组储存的能量由最大值的80%增加到最大值已知汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示则汽车发动机的牵引力为 _N，牵引力做功为_J；这种汽车内燃机中汽油能量转化效率为_输出电压/V300额定功率/kW30最大容量/kWh30质量/kg3205、提高热机效率是“节能减排”的一个重要途径。如果汽油机的效率从1=30提高到2=36，那么一辆轿车在汽油机效率为30时，消耗一定质量汽油，能够在平直道路士匀速行驶l0km；当效率变为36后，在相同道路情况下，以相同速度匀速行驶，并消耗相同质量汽油的情况下，能够行驶多少千米? 解：设汽油的热值为q，所用汽油的质量为mqm×1=FS1qm×2=FS2S2=(2/1) ×S1=(36/30) ×l0km=12Km三、 热效率（与内能有关的效率问题）热效率与热机效率的区别：热机效率是热效率中一类。1、小聪在做"观察水的沸腾"实验时，用了2.59g酒精将250g的水从60加热到100，问酒精完全燃烧所放出热量中，被水吸收的热量所占的百分率?2、（单独的热学计算题）酒精的热值为3x107 J/kg，若酒精炉每分钟燃烧4g酒精，燃烧时有40%的热量散失在空气，则在一个标准大气压下，用多长时间能把2kg，50°c的水烧开？ 解: 烧开这些水所需的热量：Q吸=cm(t-t0)=4200J/(Kg·)×2 Kg×(100-50)=420000J Q放 (1-40%)=Q吸 Q放=420000J/0.6=700000J 依据Q=qm得需要燃烧酒精的质量： m酒=Q放/q=700000J/3000 000 0J/Kg=0.233kg=233g 把水烧开所需的时间 233g/4(g/min)=58.25min 2、（力与热综合）随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20 kW。若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值q4.6×107 J/kg，小汽车发动机的效率为25。求小汽车在这段路程中： （1）运动的时间；（2）发动机所做的功；（3）消耗汽油的质量。3、（力与热的综合题，倡导的命题方式）一辆汽车，总重为1.2×104 N，四个轮胎与地面接触的总面积为0.12m2 ，该车在平直公路上匀速行驶1h，消耗汽油10L，汽油完全燃烧放出的热量有30转化为机械能。(汽油的热值 为4.6 ×10 7Jkg，密度为0.7 ×103kgm3 ，g=10Nkg)求： （1）该车静止在水平路面上时，对路面的压强是多少? （2）10L汽油完全燃烧放出的热量是多少? （3）这段时间内该汽车发动机的功率是多少kW?(功率的计算结果保留小数点后一位) 4、 电磁炉是一种高效、方便的新型灶具，为了研究电磁炉，飞羽同学首先观察了家里的电能表（如图）然后，飞羽关闭了家中其他的用电器，只把电磁炉接入电路中，电磁炉正常工作时，用10min，把质量为3kg，初温为25的水烧开，这个过程电能表的表盘转动了900r已知C水=4.2×103J/（kg），气压为标准大气压，求：（1）加热过程中水吸收的热量；（2）电磁炉的电功率；（3）此时通过电磁炉的电流和电磁炉的电阻：（结果保留两位小数）（4）电磁炉的效率