Лабораторная работа № 8, страница 75 - гдз по физике 7 класс тренажёр Хмельницкая

Проверочная работа № 16. Энергия. Вариант 2 - страница 75.

Условие.

Лабораторная работа № 8

Определение КПД при подъёме тела по наклонной плоскости

■ Тренировочные задания и вопросы

Ответьте на вопросы.

1. Может ли полезная работа быть больше полной работы?

2. По какой формуле можно рассчитать КПД?

3. Что такое коэффициент полезного действия?

4. Может ли КПД быть больше 100%?

Оборудование: доска, динамометр, измерительная лента или линейка, брусок, штатив с муфтой и лапкой.

Как убедиться на опыте в том, что полезная работа, выполненная с помощью простого механизма (наклонной плоскости), меньше полной?

Сформулируйте цель работы: _______.

Порядок выполнения работы

1) Установите доску наклонно.

2) Измерьте высоту $\text{h}$ и длину $\text{l}$ наклонной плоскости.

3) Динамометром измерьте силу тяжести бруска $F_1$.

4) Прикрепив к бруску динамометр, равномерно двигайте брусок вверх по наклонной плоскости. Измерьте силу тяги $F_2$.

5) Вычислите полезную работу $A_1$ и полную совершённую работу $A_2$.

6) Вычислите КПД наклонной плоскости.

7) Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:

Высота наклонной плоскости $\text{h}$, м	Сила тяжести $F_1$, Н	Полезная работа $A_1$, Дж	Длина наклонной плоскости $\text{l}$, м	Сила тяги $F_2$, Н	Полная работа $A_2$, Дж	КПД, %

$A_1 = F_1 \cdot h =\text{\_\_\_\_}$;

$A_2 = F_2 \cdot l =\text{\_\_\_\_}$.

$КПД = \frac{A_1}{A_2} \cdot 100\% =\text{\_\_\_\_}$

Вывод: _____.

Дополнительное задание

Измените высоту наклонной плоскости и для неё определите:

$A_1 = F_1 \cdot h =\text{\_\_\_\_}$;

$A_2 = F_2 \cdot l =\text{\_\_\_\_}$;

$КПД = \frac{A_1}{A_2} \cdot 100\% =\text{\_\_\_\_}$

Вывод: ______.

Решение.

1. Может ли полезная работа быть больше полной работы?

Нет, полезная работа не может быть больше полной работы. Согласно закону сохранения энергии, полная (или затраченная) работа $A_{полн}$, совершаемая над телом, расходуется на совершение полезной работы $A_{полезн}$ (в данном случае, на увеличение потенциальной энергии тела) и на работу против сил сопротивления, в основном силы трения, $A_{тр}$. Таким образом, выполняется равенство: $A_{полн} = A_{полезн} + A_{тр}$. Поскольку работа силы трения в реальных условиях всегда положительна ($A_{тр} > 0$), полезная работа всегда будет меньше полной работы ($A_{полезн} < A_{полн}$). В идеальном случае, при отсутствии трения ($A_{тр} = 0$), полезная работа была бы равна полной.

Ответ: Нет, не может, так как часть полной работы всегда расходуется на преодоление сил сопротивления (например, трения).

2. По какой формуле можно рассчитать КПД?

Коэффициент полезного действия (КПД), обозначаемый греческой буквой $\eta$ (эта), рассчитывается как отношение полезной работы $A_{полезн}$ к полной затраченной работе $A_{полн}$, и обычно выражается в процентах. Общая формула:

$\eta = \frac{A_{полезн}}{A_{полн}} \cdot 100\%$

В контексте данной лабораторной работы по определению КПД наклонной плоскости, где тело весом $F_1$ поднимают на высоту $\text{h}$, перемещая его на расстояние $\text{l}$ под действием силы $F_2$, формула принимает вид:

$\eta = \frac{F_1 \cdot h}{F_2 \cdot l} \cdot 100\%$

Ответ: КПД можно рассчитать по формуле $\eta = \frac{A_{полезн}}{A_{полн}} \cdot 100\%$.

3. Что такое коэффициент полезного действия?

Коэффициент полезного действия (КПД) — это физическая величина, которая характеризует эффективность работы механизма, машины или любой другой системы, преобразующей энергию. Он показывает, какая доля от всей затраченной энергии (или полной работы) преобразуется в полезную энергию (полезную работу). Чем выше КПД, тем эффективнее работает система.

Ответ: Это физическая величина, равная отношению полезной работы к полной затраченной работе, которая характеризует эффективность механизма.

4. Может ли КПД быть больше 100%?

Нет, КПД не может быть больше 100%. Это напрямую следует из закона сохранения энергии. Поскольку полезная работа $A_{полезн}$ не может превышать полную затраченную работу $A_{полн}$ (то есть, $A_{полезн} \le A_{полн}$), их отношение не может быть больше единицы. Следовательно, КПД, выраженный в процентах, не может превышать 100%. Система с КПД более 100% производила бы больше энергии, чем потребляла, что является невозможным (такое устройство называют "вечным двигателем первого рода").

Ответ: Нет, не может, так как это противоречило бы закону сохранения энергии.

Как убедиться на опыте в том, что полезная работа, выполненная с помощью простого механизма (наклонной плоскости), меньше полной?

Для экспериментальной проверки необходимо измерить и вычислить значения полезной и полной работы, а затем сравнить их. Для этого нужно выполнить следующие шаги:

1. Вычислить полезную работу $A_1$. Сначала динамометром измерить силу тяжести (вес) бруска $F_1$. Затем линейкой или измерительной лентой измерить высоту наклонной плоскости $\text{h}$. Полезная работа рассчитывается по формуле: $A_1 = F_1 \cdot h$.

2. Вычислить полную работу $A_2$. Измерить длину наклонной плоскости $\text{l}$. Затем, прикрепив к бруску динамометр, равномерно тянуть его вверх по наклонной плоскости и измерить приложенную силу тяги $F_2$. Полная работа рассчитывается по формуле: $A_2 = F_2 \cdot l$.

3. Сравнить полученные результаты. Проведенные измерения и вычисления покажут, что значение полезной работы $A_1$ меньше значения полной работы $A_2$.

Ответ: Необходимо измерить и рассчитать полезную работу ($A_1 = F_1 \cdot h$) и полную работу ($A_2 = F_2 \cdot l$), после чего сравнить их. Результаты покажут, что $A_1 < A_2$.

Сформулируйте цель работы:

Цель работы: экспериментально определить коэффициент полезного действия (КПД) наклонной плоскости. Дополнительной задачей является проверка на опыте фундаментального принципа работы простых механизмов: полезная работа всегда меньше полной (затраченной) работы из-за потерь на трение.

Ответ: Цель работы — экспериментально определить КПД наклонной плоскости и убедиться, что полезная работа меньше полной.