初中物理中的效率問題及其中考復(fù)習(xí)策略

(江蘇省鹽城市鹽都區(qū)實(shí)驗(yàn)初中，江蘇 鹽城 224005)

1 問題的提出

效率一詞具有多層含義，也具有不同的定義。在初中物理教學(xué)中，凡是涉及做功，往往會(huì)提出效率問題。初中物理中主要介紹的是做功過程中的機(jī)械效率，包括滑輪組的機(jī)械效率、斜面的機(jī)械效率、杠桿的機(jī)械效率。除此之外，在中考物理中還會(huì)經(jīng)常遇到其他關(guān)于效率的問題：例如熱機(jī)的工作效率、燃料燃燒的效率、電動(dòng)機(jī)的工作效率、節(jié)能燈的工作效率等等。初中物理中有關(guān)效率的試題，既能考查學(xué)生的多種能力，又能拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的興趣，更能提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。由于這類試題側(cè)重考查學(xué)生對(duì)效率的理解、應(yīng)用、拓展與延伸，學(xué)生往往感覺難度大，失分較多，究其原因主要在于：我們的課堂教學(xué)中，學(xué)生僅僅學(xué)習(xí)了滑輪組的機(jī)械效率，并沒有涉及其他效率的問題。因此我們有必要去了解中考試題中效率的常見類型，提出有針對(duì)性的復(fù)習(xí)策略。

2 效率的常見類型

2.1 機(jī)械效率

圖1

例1(2019年江蘇宿遷)：如圖1所示，工人利用滑輪組提升重物，在30s內(nèi)將靜止在水平地面上質(zhì)量為90kg，底面積為200cm2的長方體物塊勻速提升5m，此時(shí)工人的拉力為400N，g=10N/kg，求：

(1) 提升前物塊對(duì)水平地面的壓強(qiáng)；

(2) 工人拉力做功的功率；

(3) 滑輪組提升該物塊的機(jī)械效率。

賞析：本題考查學(xué)生對(duì)有用功、額外功、總功以及機(jī)械效率的理解，屬于課本知識(shí)的常規(guī)理解與運(yùn)用，在中考中這類試題最為常見。

2.2 熱機(jī)效率

例2(2019年湖北孝感)：一輛廂式小貨車某次運(yùn)貨，滿載后總質(zhì)量是5.0×103kg，在平直的公路上勻速行駛100km，耗油10kg，貨車受到的阻力是總重力的0.05倍，發(fā)動(dòng)機(jī)的牽引功率是50kW(油的熱值是50×107J/kg，g=10N/kg)，求:

(1) 貨車受到的牽引力；

(2) 貨車勻速行駛的速度；

(3) 貨車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。

賞析：發(fā)動(dòng)機(jī)的效率問題在教材中并沒有涉及，但是學(xué)生只要能真正理解前面所學(xué)的機(jī)械效率知識(shí)，也就不難求解發(fā)動(dòng)機(jī)做功的效率問題。在貨車發(fā)動(dòng)機(jī)做功的過程中，將燃料燃燒獲得的內(nèi)能中的一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)動(dòng)機(jī)的效率就是這個(gè)過程的轉(zhuǎn)化效率。

2.3 燃燒效率

例3(2019年江蘇鹽城)：用天然氣灶將一壺質(zhì)量為2kg、初溫為30℃的水加熱到80℃,消耗了16g天然氣。已知水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃),天然氣的熱值為42×107J/kg,則天然氣完全燃燒放出的熱量為J，水吸收的熱量為J,天然氣灶燒水的效率為%。

賞析：這道試題在中考中最為常見，為了衡量水吸收的熱量在完全燃燒天然氣放出的熱量中所占的比例，引入了熱效率的概念。本題既能讓學(xué)生通過計(jì)算，了解燃料燃燒的熱效率不可能是100%，同時(shí)又能使學(xué)生對(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境有深刻的認(rèn)識(shí)。

2.4 電機(jī)效率

例4(2019年湖北荊州)：共享電動(dòng)車不僅環(huán)保節(jié)能而且為人們的出行帶來了很大方便。已知某品牌共享電動(dòng)車的電動(dòng)機(jī)線圈內(nèi)阻一定，轉(zhuǎn)軸卡住不能轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈兩端電壓48V，電流為12A。當(dāng)電動(dòng)車在水平地面上以18km/h的速度勻速直線行駛時(shí)，線圈兩端電壓仍然為48V，電流為2A，則下列說法正確的是( )。

A. 電動(dòng)機(jī)線圈電阻為24Ω

B. 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為96W

C. 電動(dòng)機(jī)的效率是66.7%

D. 電動(dòng)車前進(jìn)時(shí)受到的阻力為16N

賞析：本題同樣也是關(guān)于效率知識(shí)的拓展與延伸，電動(dòng)機(jī)在工作的過程中，電流做功，消耗了電能，其中一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分由于電動(dòng)機(jī)線圈電阻發(fā)熱轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。其中轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的部分在整個(gè)消耗的電能中所占的比例即為電動(dòng)機(jī)的工作效率。由于這類試題能考查學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的遷移應(yīng)用的能力，因此在中考中也比較常見。

2.5 其他效率

例5(2019年浙江麗水)：如圖2是一款用鋰電池供電的平衡臺(tái)燈，懸掛在中間的木質(zhì)小球是它的“開關(guān)”使用時(shí)只需要將上、下兩個(gè)小球靠近，小球就相互吸引，燈管發(fā)光。以下為平衡臺(tái)燈參數(shù)：

圖2

額定電壓：5V 額定功率：5W

光源類型：LED 鋰電池輸出電壓：5V

鋰電池容量：4800mAh(注：以4800mA的電流放電能工作1h)

(1) 若A球內(nèi)置的磁體下端為N極，則B球內(nèi)置磁體上端為極；

(2) 求平衡臺(tái)燈正常發(fā)光時(shí)電路中的電流；

(3) 給該臺(tái)燈充電時(shí)，充電器的輸出電壓為5V、電流為2A，充電效率為80%，則為用完電的臺(tái)燈充滿電至少需要多長時(shí)間？

賞析：本題涉及充電器的充電效率，事實(shí)上在中考試題中關(guān)于此類“效率”的問題非常多，如太陽能熱水器的吸熱效率、節(jié)能燈的發(fā)光效率、光電轉(zhuǎn)換效率等。這類試題中的“效率”已經(jīng)超出課本中機(jī)械效率的原本定義，但關(guān)于機(jī)械效率的本質(zhì)內(nèi)涵及意義沒有發(fā)生改變，所以能考查學(xué)生對(duì)初中物理中效率的認(rèn)識(shí)、理解和運(yùn)用水平。

3 關(guān)于效率問題的中考復(fù)習(xí)策略

3.1 重視基礎(chǔ)知識(shí)，強(qiáng)化對(duì)效率概念的理解與掌握

物理基礎(chǔ)知識(shí)包括基本概念、規(guī)律等，我們在復(fù)習(xí)的過程中一定要幫助學(xué)生構(gòu)建關(guān)于效率的完整知識(shí)體系。對(duì)學(xué)生而言機(jī)械效率本身就是一個(gè)難懂的概念，因此我們必須從最基本的滑輪組的機(jī)械效率開始，歸納做功過程中的總功、額外功、有用功及其機(jī)械效率的概念和聯(lián)系，再逐步延伸到斜面和杠桿。學(xué)生只有熟練掌握了有關(guān)機(jī)械效率的基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)機(jī)械效率的各種情形有比較全面完整的認(rèn)識(shí)，才能運(yùn)用這些知識(shí)去分析并解決實(shí)際問題。

3.2 重視知識(shí)遷移，注重對(duì)效率問題的拓展與延伸

縱觀2019年各地中考物理試題，涉及效率的試題非常多，不再僅僅是指滑輪組的機(jī)械效率。機(jī)械效率僅僅是我們認(rèn)識(shí)效率問題的一個(gè)方面，更為重要的是我們能把有關(guān)機(jī)械效率的知識(shí)遷移到其他效率問題中來，通過適當(dāng)?shù)耐卣古c延伸，運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械效率的知識(shí)去解決電流做功效率問題、氣體膨脹做功效率問題以及各種形式能的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中的效率問題等。

3.3 重視強(qiáng)化訓(xùn)練，關(guān)注效率知識(shí)的應(yīng)用

在復(fù)習(xí)中我們要精選有關(guān)效率的典型例題，引導(dǎo)學(xué)生討論、分析與解答，并進(jìn)行歸納與總結(jié)，以加深學(xué)生對(duì)效率知識(shí)的理解，提高學(xué)生解決此類問題的能力。在課堂強(qiáng)化訓(xùn)練的過程中，讓學(xué)生解答各種關(guān)于效率的試題，逐步拓寬對(duì)初中物理中效率問題的認(rèn)識(shí)。