Работа на уроке, страница 129 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

Для выполнения лабораторной работы № 11 «Определение КПД при подъёме тела по наклонной плоскости» необходимо провести измерения и расчёты по определённому плану. Ниже представлен полный отчёт о выполнении данной работы с использованием гипотетических данных.

Цель работы: экспериментально определить коэффициент полезного действия (КПД) простого механизма — наклонной плоскости, и убедиться, что затраченная работа больше полезной.

Оборудование: наклонная плоскость, деревянный брусок, динамометр, измерительная лента (линейка), штатив с муфтой и лапкой.

Теоретическое обоснование: Наклонная плоскость используется для получения выигрыша в силе при подъёме тел. Полезная работа ($A_п$) при использовании наклонной плоскости заключается в подъёме тела весом $\text{P}$ на высоту $\text{h}$. Она рассчитывается по формуле $A_п = P \cdot h$. Затраченная работа ($A_з$) — это работа силы тяги $\text{F}$, которая перемещает тело на расстояние $\text{l}$ вдоль наклонной плоскости. Она рассчитывается по формуле $A_з = F \cdot l$. Так как при движении существует сила трения, затраченная работа всегда больше полезной. Коэффициент полезного действия (КПД) показывает, какая часть затраченной работы переходит в полезную, и вычисляется по формуле: $\eta = \frac{A_п}{A_з} \cdot 100\%$.

Ход работы:

1. Собрать экспериментальную установку, закрепив наклонную плоскость в штативе.

2. С помощью динамометра измерить вес бруска $\text{P}$.

3. С помощью измерительной ленты измерить длину наклонной плоскости $\text{l}$ и высоту $\text{h}$, на которую поднимается один из её концов.

4. Положить брусок на наклонную плоскость и, зацепив его динамометром, равномерно перемещать вверх по плоскости. Записать показание динамометра — силу тяги $\text{F}$.

5. Вычислить полезную и затраченную работу, а затем — КПД наклонной плоскости.

6. Сформулировать вывод.

Далее приведён пример вычислений на основе данных, полученных в ходе эксперимента.

Дано:

Вес бруска $P = 2.5$ Н

Длина наклонной плоскости $l = 60$ см

Высота наклонной плоскости $h = 20$ см

Сила тяги $F = 1.2$ Н

Перевод в систему СИ:

$l = 0.6$ м

$h = 0.2$ м

Найти:

КПД наклонной плоскости $\eta$.

Решение:

1. Вычислим полезную работу $A_п$, совершённую для подъёма бруска на высоту $\text{h}$:

$A_п = P \cdot h = 2.5 \text{ Н} \cdot 0.2 \text{ м} = 0.5 \text{ Дж}$.

2. Вычислим затраченную работу $A_з$, совершённую силой тяги $\text{F}$ для перемещения бруска вдоль наклонной плоскости на расстояние $\text{l}$:

$A_з = F \cdot l = 1.2 \text{ Н} \cdot 0.6 \text{ м} = 0.72 \text{ Дж}$.

3. Рассчитаем КПД наклонной плоскости по формуле:

$\eta = \frac{A_п}{A_з} \cdot 100\%$.

Подставим полученные значения работ:

$\eta = \frac{0.5 \text{ Дж}}{0.72 \text{ Дж}} \cdot 100\% \approx 69.44\%$.

Ответ: КПД наклонной плоскости составляет примерно 69.4%.

Вывод: В ходе лабораторной работы был определён КПД наклонной плоскости, который составил приблизительно 69.4%. Полученное значение меньше 100%, так как часть затраченной работы ($A_з - A_п = 0.72 \text{ Дж} - 0.5 \text{ Дж} = 0.22 \text{ Дж}$) была потрачена на преодоление силы трения. Эксперимент подтвердил, что наклонная плоскость, давая выигрыш в силе (приложенная сила $1.2$ Н меньше веса тела $2.5$ Н), не даёт выигрыша в работе из-за необходимости перемещать тело на большее расстояние и наличия трения.