Экспериментальное задание 20.2, страница 88 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 20.2

Работаем в паре

Измерение полезной мощности электродвигателя постоянного тока

Оборудование: электродвигатель, источник постоянного тока, соединительные провода, ключ, деревянный блок, набор грузов, динамометр, нить, секундомер.

Определите полезную мощность электродвигателя при перемещении деревянного бруска по поверхности стола.

Порядок выполнения задания

1. Положите деревянный брусок на один край стола, электродвигатель поставьте на другой край. Один конец нити привяжите к крючку на бруске, другой конец — к шкиву на оси электродвигателя (рис. 20.6).

2. Подключите электродвигатель к источнику тока. Подберите максимальный груз на бруске, с которым электродвигатель способен перемещать брусок.

3. Измерьте динамометром силу упругости $\text{F}$, действующую на брусок с грузом при равномерном движении по поверхности стола. Измерьте путь $\text{s}$ бруска при его движении от края стола до электродвигателя. Вычислите полезную работу $A_{\text{пол}}$, совершённую электродвигателем: $A_{\text{пол}} = FS$.

4. Измерьте время $\text{t}$, за которое электродвигатель перемещает брусок на расстояние $\text{s}$. Вычислите полезную мощность $N_{\text{пол}}$ электродвигателя:

$N_{\text{пол}} = \frac{A_{\text{пол}}}{t}$

Рис. 20.6

Цель данной экспериментальной работы — измерить полезную мощность электродвигателя постоянного тока. Полезная мощность определяется как работа, совершаемая двигателем для преодоления силы трения при перемещении бруска, отнесенная ко времени, за которое эта работа совершена.

Поскольку это экспериментальное задание, для проведения расчетов необходимо выполнить реальные измерения. В данном решении будут использованы гипотетические, но физически правдоподобные данные, которые могли бы быть получены в ходе такого эксперимента.

Дано:

Предположим, в ходе эксперимента были получены следующие данные:

Сила тяги, измеренная динамометром для равномерного перемещения бруска с грузом: $F = 2.5 \, \text{Н}$

Путь, пройденный бруском: $s = 80 \, \text{см}$

Время движения бруска: $t = 4 \, \text{с}$

Переведем все данные в Международную систему единиц (СИ):

$s = 80 \, \text{см} = 0.8 \, \text{м}$

Найти:

Полезную мощность электродвигателя $N_{\text{пол}}$.

Решение:

Порядок действий для определения полезной мощности электродвигателя соответствует шагам, описанным в задании.

1. Сначала необходимо определить полезную работу $A_{\text{пол}}$, которую совершает электродвигатель. Полезная работа в данном случае — это работа по перемещению бруска с грузом, то есть работа против силы трения. Сила тяги $\text{F}$ при равномерном движении равна по модулю силе трения. Работа вычисляется по формуле:

$A_{\text{пол}} = F \cdot s$

Подставим наши гипотетические значения в формулу:

$A_{\text{пол}} = 2.5 \, \text{Н} \cdot 0.8 \, \text{м} = 2 \, \text{Дж}$

2. Теперь, зная полезную работу и время, за которое она была совершена, можно вычислить полезную мощность $N_{\text{пол}}$. Мощность — это скорость совершения работы, и она находится по формуле:

$N_{\text{пол}} = \frac{A_{\text{пол}}}{t}$

Подставим вычисленное значение работы и измеренное время:

$N_{\text{пол}} = \frac{2 \, \text{Дж}}{4 \, \text{с}} = 0.5 \, \text{Вт}$

Таким образом, на основе проведенных измерений и вычислений, полезная мощность электродвигателя, затраченная на перемещение бруска, составляет 0.5 Вт.

Ответ:

Полезная мощность электродвигателя равна $N_{\text{пол}} = 0.5 \, \text{Вт}$.