Лабораторная работа № 12, страница 245 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 7. Электрический ток. Параграф 59. Работа электрического тока. Закон Джоуля—Ленца. Задание 56 - страница 245.

Условие.

Лабораторная работа № 12

Измерение работы и мощности электрического тока

Цель работы:

научиться измерять работу и мощность электрического тока.

Приборы и материалы:

лабораторный источник питания, низковольтная лампочка на подставке, вольтметр, амперметр, ключ, соединительные провода, секундомер (или часы с секундной стрелкой).

Порядок выполнения работы

1. Начертите схему электрической цепи, которую вам нужно собрать.

2. Соберите электрическую цепь.

3. Измерьте силу тока и напряжение на лампочке. Запишите результаты измерений с учётом погрешности.

4. Вычислите мощность тока в лампе.

5. Измерьте время горения лампы в вашем опыте.

6. Вычислите работу тока в лампе. Запишите результаты всех измерений в таблицу 37 с учётом абсолютной погрешности измерений.

Таблица 37

Сила тока $I, A$	Напряжение $U, B$	Мощность $P, Вт$	Время $t, с$	Работа $A, Дж$

7. Сделайте вывод.

8. Дополнительное задание. Рассчитайте стоимость электроэнергии, израсходованной вами во время выполнения лабораторной работы. (Стоимость 1 кВт • ч вам назовёт учитель.)

Решение.

1. Начертите схему электрической цепи, которую вам нужно собрать.

Схема электрической цепи для измерения работы и мощности электрического тока в лампе:

2. Соберите электрическую цепь.

Электрическая цепь собрана в соответствии с приведённой выше схемой. Амперметр включён в цепь последовательно с лампой, а вольтметр – параллельно ей.

3. Измерьте силу тока и напряжение на лампочке. Запишите результаты измерений с учётом погрешности.

Для проведения измерений были использованы лабораторные амперметр и вольтметр. Абсолютная погрешность измерения равна половине цены деления прибора.
Цена деления амперметра – $0.02$ А, следовательно, абсолютная погрешность измерения силы тока $ΔI = 0.01$ А.
Цена деления вольтметра – $0.2$ В, следовательно, абсолютная погрешность измерения напряжения $ΔU = 0.1$ В.
Результаты измерений:
Сила тока: $I = (0.28 ± 0.01)$ А
Напряжение: $U = (4.5 ± 0.1)$ В

4. Вычислите мощность тока в лампе.

Мощность электрического тока вычисляется по формуле:
$P = U \cdot I$
$P = 4.5 \, В \cdot 0.28 \, А = 1.26 \, Вт$
Рассчитаем погрешность косвенного измерения мощности. Относительная погрешность мощности равна сумме относительных погрешностей напряжения и силы тока:
$\epsilon_P = \epsilon_U + \epsilon_I = \frac{\Delta U}{U} + \frac{\Delta I}{I}$
$\epsilon_P = \frac{0.1 \, В}{4.5 \, В} + \frac{0.01 \, А}{0.28 \, А} \approx 0.0222 + 0.0357 \approx 0.058$
Абсолютная погрешность мощности:
$\Delta P = P \cdot \epsilon_P = 1.26 \, Вт \cdot 0.058 \approx 0.073 \, Вт$
Округлим погрешность до одной значащей цифры: $\Delta P \approx 0.07 \, Вт$.
Результат измерения мощности: $P = (1.26 ± 0.07)$ Вт.

5. Измерьте время горения лампы в вашем опыте.

Измерение времени производилось с помощью секундомера с погрешностью $Δt = 1$ с.
Время работы лампы: $t = (300 ± 1)$ с (5 минут).

6. Вычислите работу тока в лампе. Запишите результаты всех измерений в таблицу 37 с учётом абсолютной погрешности измерений.

Работа электрического тока вычисляется по формуле:
$A = P \cdot t$
$A = 1.26 \, Вт \cdot 300 \, с = 378 \, Дж$
Рассчитаем погрешность косвенного измерения работы. Относительная погрешность работы равна сумме относительных погрешностей мощности и времени:
$\epsilon_A = \epsilon_P + \epsilon_t = \epsilon_P + \frac{\Delta t}{t}$
$\epsilon_A = 0.058 + \frac{1 \, с}{300 \, с} \approx 0.058 + 0.0033 \approx 0.0613$
Абсолютная погрешность работы:
$\Delta A = A \cdot \epsilon_A = 378 \, Дж \cdot 0.0613 \approx 23.17 \, Дж$
Округлим погрешность до одной значащей цифры: $\Delta A \approx 20 \, Дж$. Результат измерения работы округляем до десятков: $A \approx 380 \, Дж$.
Результат измерения работы: $A = (380 ± 20)$ Дж.

Результаты измерений и вычислений занесены в таблицу:

Сила тока I, А	Напряжение U, В	Мощность P, Вт	Время t, с	Работа A, Дж
0.28 ± 0.01	4.5 ± 0.1	1.26 ± 0.07	300 ± 1	380 ± 20

7. Сделайте вывод.

В ходе выполнения лабораторной работы была собрана электрическая цепь для измерения мощности и работы электрического тока. С помощью амперметра, вольтметра и секундомера были измерены сила тока на лампе $I = (0.28 ± 0.01)$ А, напряжение на ней $U = (4.5 ± 0.1)$ В и время работы $t = (300 ± 1)$ с. На основе этих данных были вычислены мощность электрического тока в лампе $P = (1.26 ± 0.07)$ Вт и совершённая током работа $A = (380 ± 20)$ Дж. Цель работы – научиться измерять работу и мощность электрического тока – была достигнута.

8. Дополнительное задание. Рассчитайте стоимость электроэнергии, израсходованной вами во время выполнения лабораторной работы.

Дано:

$A = 378 \, Дж$
$t = 300 \, с$
Стоимость 1 кВт·ч (тариф) = 5.50 руб.

Перевод в СИ:
Данные уже в СИ, но для расчета стоимости нужно перевести работу в кВт·ч.

Найти:

Стоимость израсходованной электроэнергии.

Решение:

Работа электрического тока равна $A = 378 \, Дж$. Чтобы рассчитать стоимость, необходимо перевести эту величину в киловатт-часы (кВт·ч).
1 кВт·ч - это работа, совершаемая устройством мощностью 1 кВт в течение 1 часа.
$1 \, кВт \cdot ч = 1000 \, Вт \cdot 3600 \, с = 3,600,000 \, Дж = 3.6 \cdot 10^6 \, Дж$.
Переведём работу из джоулей в киловатт-часы:
$A_{кВт \cdot ч} = \frac{A_{Дж}}{3.6 \cdot 10^6} = \frac{378}{3,600,000} = 0.000105 \, кВт \cdot ч$.
Теперь рассчитаем стоимость, умножив полученную работу на тариф:
$Стоимость = A_{кВт \cdot ч} \cdot Тариф$
$Стоимость = 0.000105 \, кВт \cdot ч \cdot 5.50 \, руб/(кВт \cdot ч) \approx 0.0005775 \, руб$.
Переведем в копейки: $0.0005775 \, руб \cdot 100 \approx 0.06$ коп.

Ответ: Стоимость электроэнергии, израсходованной за время опыта, составляет приблизительно 0.00058 рублей или около 0.06 копейки.