物理中的优化类问题.doc

物理中的优化类问题物理中的优化类问题的出现更加突出了对学生收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力、语言表述能力、数据推理能力的检测，从而有力的推动了各地以创新意识和实践能力为核心的物理课程改革的全面实施。例1. 随着人们生活水平的不断提高，家庭厨房使用能源（燃料）的方式日趋多样化。绍兴某小区的居民家庭中有使用电、煤饼和管道煤气的，其中管道煤气的主要成分是丙烷（）、丁烷（）和空气（丙烷、丁烷在空气中燃烧的产物是二氧化碳和水），煤的主要元素成分是碳。有关电、管道煤气、煤的热值和价格如下表所示。（为方便计算，个别数据做了适当处理）能源热值价格效率电3.6103J/kWh0.50元/kWh70%煤2.52107J/kg0.40元/kg20%煤气4.68107J/m32.60元/m340%据调查统计，电器设备把电能转化为热能的利用率约70%，煤饼炉的热能利用率约20%；管道煤气的热能利用率约40%。仅从取热考虑，请通过计算说明，选用哪一种能源（燃料）最经济？解析：我们可取相同的开支￥26元。因为W电52kWh所以 1.3104107JW2因为，所以使用煤最经济。任选两种能源（燃料），从经济和环境保护等方面分析比较它们的优点和缺点，填入下表中：能源优点缺点例2. 如图所示是一种太阳能照明灯，太阳能电池板供一只“12V 9W”的电子节能灯工作。若太阳能电池板接收太阳能的有效面积为0.3m2，平均1h内得到的太阳辐射能约为0.4106J，太阳光照一天（不考虑天气影响，以8h计算），恰好可供电子节能灯工作10h。请解答：（1）太阳能照明灯利用太阳能的效率大约是多少？（2）40W的白炽灯与这种9W的电子节能灯的发光效果相当。请你根据下表中数据计算说明，按目前价格使用这种太阳能照明灯，与使用这种白炽灯相比在经济上是否占优势。（灯每天工作10h，一年按365天计算）额定电压/V额定功率/W平均寿命/h每只售价/元每度电电费/元白炽灯2204010001.50.4电子节能灯129200015太阳能电池板20年1000解析：（1）太阳能电池板工作一天（按8h计算）吸收的太阳能Q0.4106J/h8h3.2106J节能灯工作10h消耗的电能：WPt9W103600s3.24105J即太阳能照明灯利用太阳能的效率：（2）在相同时间20年（按太阳能电池板的寿命）内进行比较：灯泡工作总时间：2036510h73000h使用白炽灯情况：需要的灯数73盏购买白炽灯的费用：731.5109.5（元）白炽灯所消耗的电能：WPt0.04kW73000h2920kWh须交电费2920kWh0.4元/kWh1168元共计费用：￥1109.5元1168元1277.5元使用太阳能照明灯情况：需要的灯数约为37盏购买节能灯的费用：3715555（元）共计费用：￥2555元1000元1555（元）￥1￥2，因此与使用白炽灯相比太阳能灯在经济上没有优势。通过本题可知，光电转换效率只有10%左右，远远低于光热转换效率（50%60%），从经济角度考虑造价也过高，这也是为什么太阳能电池不能被广泛使用的原因。应用：有一种太阳能实验车（研制过程的样品），它上面的太阳能接收板的有效面积S8m2，天气晴朗且接收板对着太阳时，每平方米面积上能接收到太阳的功率为P01kW，太阳能电池产生的电压为U120V，可供电动机正常工作的电流为I10A。求：在电动机正常工作时，太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多大？如果电动机正常工作时。将电能转化为机械能的效率是75%，且该车沿水平路面匀速直线行驶时所获得的牵引力是150N，则该车匀速行驶时的速度是多大？如果该车本身的质量是90kg，沿水平路面行驶时受到的阻力为车子重力的，那么，该车沿水平路面匀速行驶时能装载多少货物？（g10N/kg）通过以上介绍及有关计算，你对该车的有关技术参数及性能已经有了大致的了解。如果你是评审专家之一，你认为该实验车能否批量生长并投放市场？至少说出两点理由。由以上可以看出，经济类物理试题贴近日常实际生活，联系市场经济知识，并注意增强时代气息。在解决问题的过程中需要深化、活化所学的物理知识，丰富头脑中的物理