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我省今年再次出现大面积干旱，各地都在使用抽水机引水灌溉．某抽水机在2h内把1.8×106kg的水抬升了6m流入沟渠，再去灌溉农田．（g取10N/kg）问：（1）此抽水机2h做了多少有用功？（2）-物理
[db:作者]  2020-06-01 00:00:00  互联网

题文

我省今年再次出现大面积干旱，各地都在使用抽水机引水灌溉．某抽水机在2h内把1.8×106kg的水抬升了6m流入沟渠，再去灌溉农田．（g取10N/kg）问：
（1）此抽水机2h做了多少有用功？
（2）此抽水机的有用功率是多少？
（3）带动抽水机的动力装置为柴油机，2小时燃烧的柴油为5L．则整个机械装置的效率为多少？（ρ柴油=0.8×103kg/m3，q柴油=4.0×107J/kg）
题型：问答题  难度：中档

答案


（1）抽水机对水做功：
W有用=Gh=mgh=1.8×106kg×10N/kg×6m=1.08×108J；
（2）P=
W
t
=
1.08×108J
2×3600s
=15000W=15kW；
（3）∵ρ=
m
V
，
∴柴油的质量：
m=ρ柴油V=0.8×103kg/m3×5×10-3m3=4kg，
5L柴油完全燃烧放出的热量：
Q放=mq=4kg×4.0×107J/kg=1.6×108J，
整个机械装置的效率：
η=
W有用
Q放
=
1.08×108J
1.6×108J
=67.5%．
答：（1）此抽水机2h做了1.08×108J的有用功；
（2）此抽水机的有用功率是15kW；
（3）整个机械装置的效率为67.5%．

据专家权威分析，试题“我省今年再次出现大面积干旱，各地都在使用抽水机引水灌溉．某抽水..”主要考查你对  功率的计算，有用功和额外功，热值，热机的效率，密度公式的应用  等考点的理解。关于这些考点的“档案”如下：

功率的计算有用功和额外功热值热机的效率密度公式的应用

考点名称：功率的计算

  • 功率的计算公式：
    （1）P=W/t，其中P代表功率，单位为W，W代表功，单位为J；t代表时间，单位为s。
    （2）因为P=W/t，W=Fs，v=s/t，所以P=W/t=Fs/t=Fv，P=Fv是功率的又一表达式。

  • 公式法计算功率：
         运用时一定要注意三个量的对应关系。“W”一定是对应“t”完成的，不能张冠李戴。单位要统一，P、W、t的单位分别为瓦、焦、秒。
    例1 如图所示，铁明同学向上跳台阶进行晨练，铁明重500N，在10s内匀速连跳12个台阶，每个台阶的高度为0．2m。在这个过程中，已知铁明克服摩擦做功为2800J，求出此过程中：

    (1)铁明竖直向上跳的平均速率多大?
    (2)铁明克服重力做功是多少?
    (3)铁明做功的总功率多大?
    解析：竖直向上跳的平均速度可以通过向上跳的总高度与所用时间利用速度公式求出，克服重力做功等于重力与高度的乘积，即，总功率可以通过所做的总功和时间利用功率公式求得。
    （1）0.24m/s
    （2）
    （3）

    例2在打捞海底沉船时，常用水下机器人潜入水下打捞船上物品，已知ρ海水=1．03×103kg／m3。
    (1)机器人在水下70m处受到海水产生的压强是多大?
    (2)某时刻机器人在水下用竖直向上的力举着体积为0.02m3，密度为2.7×103kg/m3的物体静止不动，求该力的大小。
    (3)若机器人在水下运动时，所受海水阻力与速度的关系如图所示，求机器人在水下以0．5m／s的水平速度匀速运动时，机器人水平推进力的功率。

    解析：（1）由液体压强公式得，，
    （2）物体在水下受平衡力的作用，则
    则
    （3）由题图可知，海水阻力与机器人的运动速度成正比，当机器人运动速度为0．5m/s时，f=175N 机器人匀速前进时，机器人水平推进力F=f
    P=Fv=175N×0．5m/s=87．5W
    答案：（1）7.21×105Pa（2）334N（3）87.5W

考点名称：有用功和额外功

  • 有用功，额外功与总功：
    名称 定义 符号 公式 实例
    有用功 使用机械做功时对人们有用的功 W有 W有=Gh 从井中打水时提水所做的功
    额外功 对人们没有用但又不得不做的功 W额 —— 从井中打水时提水桶和绳子所做的功
    总功 有用功与额外功之和 W总 W总=W有+W额 从井中打水时手的拉力所做的功

  • 区分有用功和额外功：
        区分有用功与额外功的关键是看我们需要达到什么做功目的。在同一做功过程中，目的不同，功的性质就不一样。例如：用桶将水从水井中提出来，提水是我们需要的，而提桶是不需要，但又不得不做的功，故克服水重做的是有用功，而克服桶重做的是额外功；如果是一只桶掉入水井里，我们要将桶从井中提出来，则克服桶重做的是有用功，而克服桶中可能带出来的水的重力所做的功就是额外功了。

  •  计算有用功，额外功和总功的方法：
    1. 总功的计算：
    （1）定义法：W总=Fs
    （2）总功等于有用功和额外功之和，即W总=W有用+W额外
    （3）公式法：
    2. 有用功的计算方法：
    （1）定义法：W有用=Gh
    （2）W有用=W总-W额外
    （3）公式法：
    3. 额外功的计算方法：
    （1）定义法：
    （2）W额外=W总-W有用
    （3）公式法：

考点名称：热值

  • 燃料的热值：
    定义 1kg某种燃料完全燃烧放出的热量
    物理意义 反映燃料燃烧放热本领的物理量
    单位 J／kg或J／m3(气体)
    单位意义 例：干木柴热值1．2×107J／kg表示1kg干木柴完全燃烧放出的热量是1．2×107J
    性质 热值是燃料的一种特性
    燃料燃烧放热公式 Q放=mq 或Q放=v·q
    m代表质量，单位kg
    q代表热值，单位J／kg
    V代表体积，单位m3
    Q放代表放出的热量，单位J

  • 热值概念的理解：
    (1)燃料的热值与燃料的种类有关，热值反映的是所有能燃烧的物质的一种性质，也就是说它是燃料的一种特性，反映了不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能的本领的大小。燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积以及是否完全燃烧无关。

    (2)“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽，1kg的某种燃料，只有在完全燃烧的情况下，放出的热量才等于这种燃料的热值，若该燃料在燃烧时没有完全燃烧，放出的热量就比对应的热值小。

  • 燃料及其燃烧
     能够燃烧并且在燃料时放出光和热的物质，叫做燃料。
     燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧的过程中，燃料的化学能转化为内能，这就是我们常说的释放能量，然后，转移到其他物体上或转化为其他形式的能量供人们使用．
     说明：按照状态，燃料可分为固体燃料(如煤、炭、木材等)、液体燃料(如汽油、煤油、石油等)和气体燃料(如天然气、煤气、沼气等)。

考点名称：热机的效率

  • 热机的效率：
    η=W有用/Q总×100%，其中W有用指用来做有用功的能量，Q总指完全燃烧释放的能量。

  •  提高热机效率的途径：
    （1）燃料尽可能燃烧
    （2）尽量减少各类热量的损失
    （3）在热机的设计和制造上，采取先进技术
    （4）使用时，注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的功。

  • 机械效率、热效率、热机的效率的计算方法：
    效率问题是中考的热点问题，例如前面我们学习简单机械时的机械效率、太阳能热水器的吸热效率、炉子的放热效率等。
    1．机械效率：，其中W有用指有用功，即对人们有用的功；W总指利用机械做的总功。
    2．热效率：，其中Q有用指有效利用的热量， E指总能量。如果是炉子，则E为燃料完全燃烧放出的热量(E=Q总=mq)；如果是太阳能热水器，则E为太阳射入的总能量；如果是电热器，则E为电流做功放出的热量(E=Ult)。
    3．热机的效率：，其中W有用指用来做有用功的那部分能量，Q总指燃料完全燃烧释放的能量。

  • 温室效应和热岛效应
    1．温室效应：温室效应指的是地球表面一些气体 (如二氧化碳、氟氯烃、甲烷、氮氧化物、低空臭氧等)吸收部分的太阳辐射能量后，转化成内能释放到地球表面而不能散去．于是造成地表温度升高的效应。

    2．热岛效应：起城市“热岛效应”的主要原因有：
    ①工厂、交通工具等散发出大量的热量；
    ②城市的建筑物、马路上的砂石的比热容小，相同日照条件下升温快；
    ③城市中水少，使热量不能被充分吸收；
    ④楼群林立．难以形成空气对流，主要的改进措施有：植树造林、建绿地和人工湖等。

考点名称：密度公式的应用

  • 密度公式的应用：
    （1）利用m=ρV求质量；利用V=m/ρ求体积

    （2）对于密度公式，还要从以下四个方面理解
    ①同种物质，在一定状态下密度是定值，它不随质量大小或体积大小的改变而改变。当其质量（或体积）增大几倍时，其体积（或质量）也随着增大几倍，而比值是不变的。因此，不能认为物质的密度与质量成正比，与体积成反比；
    ②具有同种物质的物体，在同一状态下，体积大的质量也大，物体的体积跟它的质量成正比；
    ③具有不同物质的物体，在体积相同的情况下，密度大的质量也大，物体的质量跟它的密度成正比；

    ④具有不同物质的物体，在质量相同的条件下，密度大的体积反而小，物体的体积跟它的密度成反比。

  • 密度公式的应用：
    1. 有关密度的图像问题
    此问题一般是给出质量一体积图像，判断或比较物质密度。解答时可在横坐标(或纵坐标)任选一数值，然后在纵坐标(或横坐标)上找到对应的数值，进行分析比较。
     例1如图所示，是甲、乙两种物质的m一V图像，由图像可知(   )
    A．ρ甲>ρ乙
    B．ρ甲=ρ乙
    C．ρ甲<ρ乙
    D．无法确定甲、乙密度的大小

    解析:要从图像直接看出甲、乙两种物质的密度大小目前还做不到，我们要先借助图像，根据公式ρ =总结规律后方可。
    如图所示，在横轴上任取一点V0，由V0作横轴的垂线V0B，分别交甲、乙两图线于A、B两点，再分别从A、B两点作纵轴垂线，分别交纵轴于m甲、m乙两点。则甲、乙两种物质的密度分别为，ρ乙= ，因为m甲<m乙，所以ρ甲<ρ乙，故C正确。

    2. 密度公式ρ =及变形、m=ρV的应用：
    密度的公式是ρ =，可得出质量计算式m=ρV 和体积计算式。只要知道其中两个物理量，就可以代入相应的计算式进行计算。审题时注意什么量是不变的，什么量是变化的。
    例2某瓶氧气的密度是5kg/m3，给人供氧用去了氧气质量的一半，则瓶内剩余氧气的密度是_____；容积是10L的瓶子装满了煤油，已知煤油的密度是 0．8×103kg/m3，则瓶内煤油的质量是_____，将煤油倒去4kg后，瓶内剩余煤油的密度是______。
     解析：氧气用去一半，剩余部分仍然充满整个氧气瓶，即质量减半体积不变，所以氧气的密度变为 2．5kg/m3。煤油倒去一半后，体积质量同时减半，密度不变。
    答案：2．5kg/m3；8kg；0．8×10kg/m3。

    3. 比例法求解物质的密度
       利用数学的比例式来解决物理问题的方法称之为 “比例法”。能用比例法解答的物理问题具备的条件是：题目所描述的物理现象，由初始状态到终结状态的过程中至少有一个量保持不变，这个不变的量是由初始状态变成终结状态的桥梁，我们称之为“中介量”。
    例3甲、乙丽个物体的质量之比为3：2，体积之比为l：3，那么它们的密度之比为(   )
    A．1：2B．2：1C．2：9D．9：2
    解析：（1）写出所求物理量的表达式：，
    （2）写出该物理量比的表达式：

    （3）化简：代入已知比值的求解：


    密度、质量、体积计算中的“隐含条件” 问题：
      很多物理问题中的有些条件需要仔细审题才能确定，这类条件称为隐含条件。因此寻找隐含条件是解决这类问题的关键。以密度知识为例，密度计算题形式多样，变化灵活，但其中有一些题具有这样的特点：即质量、体积、密度中的某个量在其他量发生变化时保持不变，抓住这一特点，就掌握了求解这类题的规律。

    1．隐含体积不变
    例1一个瓶子最多能装0．5kg的水，它最多能装_____kg的水银，最多能装_____m3的酒精。 ρ水银=13．6×103kg／m3，ρ水=1．0×103kg／m3，ρ酒精= 0．8×103kg／m3)
    解析:最多能装即装满瓶子，由最多装水量可求得瓶子的容积为V=5×10-4m3，则装水银为m水银=13．6×103kg／m3×5×10-4m3=6．8kg。装酒精的体积为瓶子的容积。
    答案6．8；5×10-4

    2. 隐含密度不变
    例2一块石碑的体积为V样=30m3，为测石碑的质量，先取了一块刻制石碑时剔下来的小石块作为样品，其质量是m样=140g，将它放入V1=100cm3的水中后水面升高，总体积增大到V2=150cm3，求这块石碑的质量m碑。
    解析：此题中隐含的条件是石碑和样品是同种物质，密度相同，而不同的是它们的体积和质量。依题意可知，样品体积为：
    V样=V2-V1=150cm3一100cm3=50cm3 =5．0×10-5m3
    得=84t
    答案：84t

    3. 隐含质量不变
    例3质量为450g的水结成冰后，其体积变化了 ____m3。(ρ水=0．9×103kg／m3)
    解析：水结成冰后，密度减小，450g水的体积为，水结成冰后，质量不变，因此冰的体积为=500cm3=5．0×10-4m3，=5．0× 10-4m3一4．5×10-4m3=5×10-5m3。

    合金物体密度的相关计算：
         首先要抓住合金体的总质量与总体积分别等于各种物质的质量之和与体积之和这一特征，然后根据具体问题，灵活求解。
    例两种不同的金属，密度分别为ρ1、ρ2：
    (1)若墩质量相等的金属混合后制成合金，则合金的密度为____。
    (2)若取体积相等的金属混合后制成合金，则合金的密度为_____。
    解析：这道题的关键是抓住“两总”不变，即总质量和总体积不变。在(1)中，两种金属的质量相等，设为m1=m2=m，合金的质量m总=2m，则密度为ρ1的金属的体积V1=，密度为ρ2的金属的体积V2=，合金的体积，则合金的密度
    在（2）中两种金属的体积相等，设为，合金的体积，密度为ρ1的金属的质量m1=，密度为ρ2的金属的质量为，合金的质量m总，合金的密度为。
    答案：
    注意：上述规律也适用于两种液体的混合，只要混合液的总质量和总体积不变即可。
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