初中物理中的效率问题及其中考复习策略

(江苏省盐城市盐都区实验初中，江苏 盐城 224005)

1 问题的提出

效率一词具有多层含义，也具有不同的定义。在初中物理教学中，凡是涉及做功，往往会提出效率问题。初中物理中主要介绍的是做功过程中的机械效率，包括滑轮组的机械效率、斜面的机械效率、杠杆的机械效率。除此之外，在中考物理中还会经常遇到其他关于效率的问题：例如热机的工作效率、燃料燃烧的效率、电动机的工作效率、节能灯的工作效率等等。初中物理中有关效率的试题，既能考查学生的多种能力，又能拓宽学生的知识面，培养学生对所学知识的兴趣，更能提升学生的科学素养。由于这类试题侧重考查学生对效率的理解、应用、拓展与延伸，学生往往感觉难度大，失分较多，究其原因主要在于：我们的课堂教学中，学生仅仅学习了滑轮组的机械效率，并没有涉及其他效率的问题。因此我们有必要去了解中考试题中效率的常见类型，提出有针对性的复习策略。

2 效率的常见类型

2.1 机械效率

图1

例1(2019年江苏宿迁)：如图1所示，工人利用滑轮组提升重物，在30s内将静止在水平地面上质量为90kg，底面积为200cm2的长方体物块匀速提升5m，此时工人的拉力为400N，g=10N/kg，求：

(1) 提升前物块对水平地面的压强；

(2) 工人拉力做功的功率；

(3) 滑轮组提升该物块的机械效率。

赏析：本题考查学生对有用功、额外功、总功以及机械效率的理解，属于课本知识的常规理解与运用，在中考中这类试题最为常见。

2.2 热机效率

例2(2019年湖北孝感)：一辆厢式小货车某次运货，满载后总质量是5.0×103kg，在平直的公路上匀速行驶100km，耗油10kg，货车受到的阻力是总重力的0.05倍，发动机的牵引功率是50kW(油的热值是50×107J/kg，g=10N/kg)，求:

(1) 货车受到的牵引力；

(2) 货车匀速行驶的速度；

(3) 货车发动机的效率。

赏析：发动机的效率问题在教材中并没有涉及，但是学生只要能真正理解前面所学的机械效率知识，也就不难求解发动机做功的效率问题。在货车发动机做功的过程中，将燃料燃烧获得的内能中的一部分转化为机械能，发动机的效率就是这个过程的转化效率。

2.3 燃烧效率

例3(2019年江苏盐城)：用天然气灶将一壶质量为2kg、初温为30℃的水加热到80℃,消耗了16g天然气。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃),天然气的热值为42×107J/kg,则天然气完全燃烧放出的热量为J，水吸收的热量为J,天然气灶烧水的效率为%。

赏析：这道试题在中考中最为常见，为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占的比例，引入了热效率的概念。本题既能让学生通过计算，了解燃料燃烧的热效率不可能是100%，同时又能使学生对节约能源、保护环境有深刻的认识。

2.4 电机效率

例4(2019年湖北荆州)：共享电动车不仅环保节能而且为人们的出行带来了很大方便。已知某品牌共享电动车的电动机线圈内阻一定，转轴卡住不能转动时，线圈两端电压48V，电流为12A。当电动车在水平地面上以18km/h的速度匀速直线行驶时，线圈两端电压仍然为48V，电流为2A，则下列说法正确的是( )。

A. 电动机线圈电阻为24Ω

B. 电动机的机械功率为96W

C. 电动机的效率是66.7%

D. 电动车前进时受到的阻力为16N

赏析：本题同样也是关于效率知识的拓展与延伸，电动机在工作的过程中，电流做功，消耗了电能，其中一部分转化为机械能，另一部分由于电动机线圈电阻发热转化为内能。其中转化为机械能的部分在整个消耗的电能中所占的比例即为电动机的工作效率。由于这类试题能考查学生对所学知识的迁移应用的能力，因此在中考中也比较常见。

2.5 其他效率

例5(2019年浙江丽水)：如图2是一款用锂电池供电的平衡台灯，悬挂在中间的木质小球是它的“开关”使用时只需要将上、下两个小球靠近，小球就相互吸引，灯管发光。以下为平衡台灯参数：

图2

额定电压：5V 额定功率：5W

光源类型：LED 锂电池输出电压：5V

锂电池容量：4800mAh(注：以4800mA的电流放电能工作1h)

(1) 若A球内置的磁体下端为N极，则B球内置磁体上端为极；

(2) 求平衡台灯正常发光时电路中的电流；

(3) 给该台灯充电时，充电器的输出电压为5V、电流为2A，充电效率为80%，则为用完电的台灯充满电至少需要多长时间？

赏析：本题涉及充电器的充电效率，事实上在中考试题中关于此类“效率”的问题非常多，如太阳能热水器的吸热效率、节能灯的发光效率、光电转换效率等。这类试题中的“效率”已经超出课本中机械效率的原本定义，但关于机械效率的本质内涵及意义没有发生改变，所以能考查学生对初中物理中效率的认识、理解和运用水平。

3 关于效率问题的中考复习策略

3.1 重视基础知识，强化对效率概念的理解与掌握

物理基础知识包括基本概念、规律等，我们在复习的过程中一定要帮助学生构建关于效率的完整知识体系。对学生而言机械效率本身就是一个难懂的概念，因此我们必须从最基本的滑轮组的机械效率开始，归纳做功过程中的总功、额外功、有用功及其机械效率的概念和联系，再逐步延伸到斜面和杠杆。学生只有熟练掌握了有关机械效率的基础知识，对机械效率的各种情形有比较全面完整的认识，才能运用这些知识去分析并解决实际问题。

3.2 重视知识迁移，注重对效率问题的拓展与延伸

纵观2019年各地中考物理试题，涉及效率的试题非常多，不再仅仅是指滑轮组的机械效率。机械效率仅仅是我们认识效率问题的一个方面，更为重要的是我们能把有关机械效率的知识迁移到其他效率问题中来，通过适当的拓展与延伸，运用所学的机械效率的知识去解决电流做功效率问题、气体膨胀做功效率问题以及各种形式能的转化或转移过程中的效率问题等。

3.3 重视强化训练，关注效率知识的应用

在复习中我们要精选有关效率的典型例题，引导学生讨论、分析与解答，并进行归纳与总结，以加深学生对效率知识的理解，提高学生解决此类问题的能力。在课堂强化训练的过程中，让学生解答各种关于效率的试题，逐步拓宽对初中物理中效率问题的认识。