Ход работы, страница 43 - гдз по физике 7 класс лабораторный практикум Холина, Березин

Лабораторные работы. Лабораторная работа № 12 «Измерение КПД наклонной плоскости» - страница 43.

Условие.

Лабораторная работа № 12

https://go.prosv.ru/x9KKeH

ИЗМЕРЕНИЕ КПД НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ

► Цель работы

Ознакомиться с методикой измерения КПД простых механизмов на примере наклонной плоскости.

► Приборы и материалы

Динамометр, линейка, направляющая рейка, брусок, штатив с муфтой и лапкой, набор грузов.

► Подготовка к работе

Общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 20.

Рис. 20

При перемещении бруска по наклонной плоскости на совершение полезной работы по его подъёму на высоту $\text{h}$ идёт лишь часть затраченной работы. Коэффициент полезного действия (КПД) наклонной плоскости определяется по формуле

$\eta = \frac{A_{\text{П}}}{A_{\text{З}}} \cdot 100 \, \%,$

где $A_{\text{П}}$ — полезная работа, $A_{\text{З}}$ — затраченная (полная) работа. Полезная работа определяется по формуле

$A_{\text{П}} = Ph,$

где $\text{P}$ — вес бруска, $\text{h}$ — высота наклонной плоскости. Затраченная (полная) работа определяется по формуле

$A_{\text{З}} = Fs,$

где $\text{F}$ — сила тяги, действующая на брусок, $\text{s}$ — длина наклонной плоскости.

Таким образом, для определения КПД наклонной плоскости нужно измерить вес бруска, силу тяги, высоту и длину наклонной плоскости.

В работе предлагается определить: 1) полезную работу; 2) затраченную (полную) работу; 3) КПД наклонной плоскости.

► Ход работы

1. Определите цену деления шкалы динамометра и линейки.

2. Соберите экспериментальную установку (см. рис. 20).

3. Измерьте вес бруска с помощью динамометра. Запишите в таблицу результат измерения с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.

№ опыта	Вес тела $P \pm \Delta P$, Н	Высота наклонной плоскости $h \pm \Delta h$, м	Сила тяги $F \pm \Delta F$, Н	Длина наклонной плоскости $l \pm \Delta l$, м	КПД наклонной плоскости $\eta$, %

4. Положите брусок на нижний край направляющей рейки и, прицепив к нему динамометр, равномерно перемещайте брусок вверх по поверхности рейки.

5. Измерьте силу тяги. Запишите в таблицу результат измерения с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.

6. Измерьте линейкой длину и высоту наклонной плоскости. Запишите в таблицу результаты измерений с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы линейки.

7. Определите полезную и затраченную (полную) работу. Вычислите КПД наклонной плоскости и запишите результат в таблицу.

8. Повторите опыты трижды, догружая брусок грузами по 100 г. Результаты измерений запишите в таблицу.

9. Проанализируйте результаты и сделайте вывод.

Решение.

Цель работы

Ознакомиться с методикой измерения КПД простых механизмов на примере наклонной плоскости.

Приборы и материалы

Динамометр, линейка, направляющая рейка, брусок, штатив с муфтой и лапкой, набор грузов.

Подготовка к работе

Перед началом эксперимента определяем цену деления и погрешность измерительных приборов.

Цена деления шкалы динамометра составляет 0,1 Н. Абсолютную погрешность измерения силы принимаем равной цене деления: $ΔP = ΔF = 0,1 \text{ Н}$.

Цена деления шкалы линейки составляет 1 мм. Абсолютную погрешность измерения длины принимаем равной цене деления: $Δh = Δl = 1 \text{ мм} = 0,001 \text{ м}$.

Ход работы

Собираем экспериментальную установку, как показано на рисунке 20. Проводим измерения веса бруска ($\text{P}$), силы тяги ($\text{F}$), высоты ($\text{h}$) и длины ($\text{l}$) наклонной плоскости. Опыт повторяем трижды, каждый раз увеличивая вес бруска с помощью грузов массой 100 г. Результаты измерений и вычислений заносим в таблицу.

№ опыта	Вес тела $P \pm \Delta P$, Н	Высота наклонной плоскости $h \pm \Delta h$, м	Сила тяги $F \pm \Delta F$, Н	Длина наклонной плоскости $l \pm \Delta l$, м	КПД наклонной плоскости $\eta$, %
1	$2,0 \pm 0,1$	$0,100 \pm 0,001$	$1,0 \pm 0,1$	$0,500 \pm 0,001$	40
2	$3,0 \pm 0,1$	$0,100 \pm 0,001$	$1,5 \pm 0,1$	$0,500 \pm 0,001$	40
3	$4,0 \pm 0,1$	$0,100 \pm 0,001$	$2,0 \pm 0,1$	$0,500 \pm 0,001$	40

Выполняем вычисления полезной и затраченной работы, а также КПД для каждого случая. Приведем подробный расчет для опыта № 1.

Дано:

$P_1 = 2,0 \text{ Н}$

$h = 0,100 \text{ м}$

$F_1 = 1,0 \text{ Н}$

$l = 0,500 \text{ м}$

Найти:

$A_{п1}$, $A_{з1}$, $\eta_1$

Решение:

1. Полезная работа, совершаемая при подъеме тела на высоту $\text{h}$:

$A_п = P \cdot h$

$A_{п1} = 2,0 \text{ Н} \cdot 0,100 \text{ м} = 0,20 \text{ Дж}$

2. Затраченная (полная) работа, совершаемая силой тяги $\text{F}$ при перемещении тела на расстояние $\text{l}$:

$A_з = F \cdot l$

$A_{з1} = 1,0 \text{ Н} \cdot 0,500 \text{ м} = 0,50 \text{ Дж}$

3. Коэффициент полезного действия (КПД) наклонной плоскости:

$\eta = \frac{A_п}{A_з} \cdot 100\%$

$\eta_1 = \frac{0,20 \text{ Дж}}{0,50 \text{ Дж}} \cdot 100\% = 40\%$

Расчеты для опытов №2 и №3 проводятся аналогично, их результаты внесены в таблицу.

Ответ: Полезная работа в первом опыте составила 0,20 Дж, затраченная — 0,50 Дж, а КПД наклонной плоскости — 40%.

Анализ результатов и вывод

В ходе выполнения лабораторной работы была экспериментально определена зависимость КПД наклонной плоскости от веса перемещаемого по ней груза. Было проведено три опыта с различным весом бруска, но с постоянными параметрами наклонной плоскости (высота и длина).

Результаты вычислений, представленные в таблице, показывают, что КПД наклонной плоскости во всех трех опытах имеет одинаковое значение, равное 40%. Это позволяет сделать вывод, что при неизменном угле наклона и коэффициенте трения КПД наклонной плоскости не зависит от веса тела. Разница между затраченной и полезной работой ($A_з > A_п$) объясняется наличием силы трения, на преодоление которой совершается работа, переходящая во внутреннюю энергию.

Таким образом, цель лабораторной работы — ознакомление с методикой измерения КПД наклонной плоскости — была достигнута.

Ответ: Измеренный КПД наклонной плоскости составил 40%. Было установлено, что в рамках проведенного эксперимента КПД не зависит от веса перемещаемого груза.