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        中考二輪復(fù)習(xí)效率計(jì)算專題教學(xué)設(shè)計(jì)

        2016-11-30 01:41:27戰(zhàn)向陽
        物理通報(bào) 2016年10期
        關(guān)鍵詞:電焊機(jī)焊條斜面

        戰(zhàn)向陽

        (大連市第四十七中學(xué) 遼寧 大連 116021)

        李 巖

        (大連教育學(xué)院 遼寧 大連 116021)

        張 晶

        (大連市第二十一中學(xué) 遼寧 大連 116021)

        (收稿日期:2016-05-23)

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        中考二輪復(fù)習(xí)效率計(jì)算專題教學(xué)設(shè)計(jì)

        戰(zhàn)向陽

        (大連市第四十七中學(xué) 遼寧 大連 116021)

        李 巖

        (大連教育學(xué)院 遼寧 大連 116021)

        張 晶

        (大連市第二十一中學(xué) 遼寧 大連 116021)

        (收稿日期:2016-05-23)

        九年級(jí)學(xué)生對(duì)于機(jī)械效率的計(jì)算掌握較好,但對(duì)于機(jī)械在能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中涉及的效率計(jì)算比較生疏,往往不知道誰除誰.對(duì)于以上問題的產(chǎn)生和原因,給出了有針對(duì)性的教學(xué)設(shè)計(jì).

        效率計(jì)算 能量轉(zhuǎn)化

        1 問題背景

        效率的計(jì)算題是近年來中考綜合計(jì)算中的常見題型,載體主要以電動(dòng)機(jī)、電熱器、發(fā)電機(jī)、汽車輪船發(fā)動(dòng)機(jī)、太陽能熱水器等為主.《課標(biāo)》要求“從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移角度認(rèn)識(shí)效率”,體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的思想.此類題型主要考查學(xué)生的閱讀提取信息,分析物理過程,綜合應(yīng)用各章節(jié)知識(shí)點(diǎn),計(jì)算等能力.學(xué)生往往只是對(duì)于機(jī)械效率和熱機(jī)效率的計(jì)算比較熟悉,掌握較好,但對(duì)于力熱轉(zhuǎn)化、電熱轉(zhuǎn)化、光電轉(zhuǎn)化等綜合問題理解和分析能力較弱.

        2 教學(xué)設(shè)計(jì)

        2.1 新課導(dǎo)入 機(jī)械效率的計(jì)算

        【例1】如圖1所示,斜面長s,高h(yuǎn).用推力F沿斜面方向,將一個(gè)重為G的物體由斜面底端A勻速推到頂端B.斜面的機(jī)械效率η=______.

        圖1 斜面

        【例2】如圖1所示,斜面長s,高h(yuǎn).沿斜面方向?qū)⒁粋€(gè)重為G的物體由斜面底端A勻速推到頂端B,物體所受摩擦力為f.斜面的機(jī)械效率η=______.

        2.2 新課教學(xué)

        用電動(dòng)機(jī)提升重物,完成以下問題.

        問題1:什么是效率?

        【例3】如圖2所示,直流電動(dòng)機(jī)通過電流做功提升重物,但在電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程中,有部分電能變成內(nèi)能.已知線圈電阻R=1.5 Ω,電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí),通過線圈電流I=2 A,物體質(zhì)量m=540 g,以v=10 m/s勻速上升,不計(jì)繩的重力和一切摩擦.物體上升t=20 s的過程中.求:

        (1)電流通過線圈產(chǎn)生的熱量;

        (2)提升物體的有用功;

        (3)電動(dòng)機(jī)工作效率;

        (4)電壓表讀數(shù).

        圖2 提升重物裝置

        解析:(1)電流通過線圈產(chǎn)生的熱量

        Q=I2Rt

        代入數(shù)據(jù)得

        Q=120 J

        (2)物體的重力

        G=mg

        代入數(shù)據(jù)得

        G=5.4 N

        h=s=vt

        代入數(shù)據(jù)得

        h=200 m

        電動(dòng)機(jī)做的有用功

        W有=Gh

        代入數(shù)據(jù)得

        W有=1 080 J

        (3)電動(dòng)機(jī)消耗的電能

        W總=Q+W有

        代入數(shù)據(jù)得

        W總=1 200 J

        電動(dòng)機(jī)工作效率

        代入數(shù)據(jù)得

        η=90%

        (4)由題W電=W總=1 200 J

        W電=UIt

        代入數(shù)據(jù)得

        U=30 V

        學(xué)生對(duì)于電動(dòng)機(jī)問題掌握普遍不熟悉,以此例題反映出學(xué)生存在的問題,使學(xué)生在處理問題過程中遇到并發(fā)現(xiàn)問題,引發(fā)思考.

        提問:求解(3)過程中你遇到什么問題?

        學(xué)生:不知道誰除誰;不知道總功是誰,怎么求.

        提問:產(chǎn)生以上問題的原因是什么?

        學(xué)生(思考):不知道效率是什么,怎么求.

        教師:使用任何機(jī)械做功的過程都是能量轉(zhuǎn)化的過程.使用電動(dòng)機(jī)消耗電能對(duì)物體做功,使物體具有了機(jī)械能同時(shí)放出了熱量.對(duì)物體做的功是有用功,消耗的電能是總能量.求解效率就是將這兩部分相除即可.效率就是能量轉(zhuǎn)化過程中的轉(zhuǎn)化率.

        點(diǎn)評(píng):求解效率問題,表面看找到有用的能量和總能量,相除即可.但學(xué)生們往往忽略了對(duì)其背后的能量轉(zhuǎn)化過程的分析,導(dǎo)致出現(xiàn)不會(huì)求總功的現(xiàn)象.

        總結(jié)方法:

        第一,分析物理過程中的能量轉(zhuǎn)化過程.

        第二,找出輸出的有用能量和輸入的總能量,做比相除.

        問題2:效率的意義是什么?

        提問:例3(3)求出的效率90%的意義是什么?

        學(xué)生(思考):電動(dòng)機(jī)將消耗的電能的90%轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.

        練習(xí):從能量轉(zhuǎn)化角度說出下列效率的意義.

        (1)某太陽能電池工作的效率是16%.

        (2)某鋰電池充電時(shí)的效率是99%.

        (3)某柴油機(jī)工作的效率是55%.

        (4)某電熱水器工作的效率是87%.

        學(xué)生思考并回答,從中體會(huì)效率的意義.

        2.3 反饋練習(xí)

        【例4】如圖3所示,電焊是利用電流的熱效應(yīng),將焊條熔化,從而使兩金屬部件焊接在一起.電焊機(jī)的輸出電壓U=40 V,輸出功率P=2 000 W.電焊機(jī)正常工作t=5 s,使一根質(zhì)量m=20 g的焊條溫度升高了ΔT=1 000 ℃,焊條熔點(diǎn)為1 100 ℃,比熱容c=0.4×103J/(kg·℃).

        圖3 電焊

        (1)某種橡皮絕緣銅芯導(dǎo)線在常溫下安全載流量(長時(shí)間通電時(shí)的最大安全電流)如表1所示,從安全角度考慮、計(jì)算,說明應(yīng)選哪種導(dǎo)線作為電焊機(jī)的輸出導(dǎo)線?

        表1 導(dǎo)線的安全載流量

        (2)焊條吸收的熱量是多少?

        (3)電焊機(jī)對(duì)焊條加熱的效率是多少?

        解析:(1)電焊機(jī)工作時(shí)的電流

        代入數(shù)據(jù)得

        I=50 A

        由表1可知,應(yīng)選橫截面積為10 mm2的導(dǎo)線.

        (2)焊條吸熱

        Q吸=cmΔT

        代入數(shù)據(jù)得

        Q吸=8 000 J

        (3)電焊機(jī)工作5 s產(chǎn)生的熱量

        Q放=W=Pt

        代入數(shù)據(jù)得

        Q放=10 000 J

        代入數(shù)據(jù)得

        η=80%

        【例5】大連使用風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng),如圖4所示,該系統(tǒng)既可以通過太陽能電池組獨(dú)立發(fā)電并儲(chǔ)存在蓄電池,也可以通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)獨(dú)立發(fā)電并儲(chǔ)存在蓄電池;在風(fēng)、光都具備時(shí)可以同時(shí)發(fā)電.某種型號(hào)的風(fēng)光互補(bǔ)路燈技術(shù)參數(shù)如表2所示.

        圖4 風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)

        (1)假設(shè)路燈每晚工作時(shí)間t=10 h,求路燈正常工作時(shí)每晚消耗多少千瓦時(shí)的電能?

        (2)在平均風(fēng)速v=8 m/s的晚上,風(fēng)力發(fā)電機(jī)除了保障路燈正常工作外,同時(shí)還給蓄電池充電,如果風(fēng)力發(fā)電機(jī)一晚上工作時(shí)間t=10 h,則在這段時(shí)間內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的力電轉(zhuǎn)化效率為多大?

        (3)如果太陽光照射到地面時(shí)輻射功率P=800 J/(s·m2)(1 s 輻射在每1 m2上的光能為800 J) ,若太陽能電池板的面積S=1.25 m2,太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率為多大?

        表2 某型號(hào)的風(fēng)光互補(bǔ)路燈技術(shù)參數(shù)

        WL= PLet

        代入數(shù)據(jù)得

        WL=0.6 kW·h

        (2)風(fēng)力發(fā)電機(jī)每晚產(chǎn)生的電能W風(fēng)= P風(fēng)et,代入數(shù)據(jù)得

        W風(fēng)=2.6 kW·h

        η=23%

        (3)太陽能電池板接收到的總功率

        P總=800 W/m2×1.25 m2=1 000 W

        太陽能電池板平均輸出功率

        P出=100 W

        所以光電轉(zhuǎn)換效率為

        2.4 課堂小結(jié)

        對(duì)于能量轉(zhuǎn)化過程中的效率計(jì)算,還有很多其他載體,表3從做功和熱傳遞過程兩方面給出相關(guān)效率計(jì)算方法.

        表3 效率的計(jì)算方法

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