Способ измерения мощности физика 7 класс

Способ измерения мощности физика 7 класс

1. Что показывает мощность?

Мощность показывает быстроту выполнения работы.

На совершение одной и той же работы различным двигателям требуется разное время.
Например:

а). Подъемный кран за несколько минут поднимает на верх здания сотни кирпичей.
Рабочему для выполнения этой работы потребовалось бы несколько часов.

б). Гектар земли лошадь может вспахать за 10—12 ч.
Трактор же эту работу выполнит за 40—50 мин.
Трактор выполнит ту же работу быстрее, чем лошадь.

2. Как вычислить мощность, зная работу и время?

Мощность равна отношению работы ко времени, за которое она была совершена.
Чтобы вычислить мощность, надо работу разделить на время, в течение которого совершена эта работа.

где
N — мощность (Вт),
А — работа (Дж),
t — время выполнения работы (с).

Мощность — величина постоянная, когда за каждую секунду совершается одинаковая работа.
В других случаях отношение определяет среднюю мощность:

3. Как называется единица мощности?

За единицу мощности принимают мощность, при которой в 1 с совершается работа в 1 Дж.

Единица мощности в системе СИ — 1 Ватт (Вт) (в честь английского ученого Уатта).

В технике используют более крупные единицы мощности — киловатт (кВт) и мегаватт (МВт).

1 МВт = 1 000 000 Вт 1 Вт = 0,000001 МВт
1 кВт = 1000 Вт 1 Вт = 0,001 кВт
1 мВт = 0,001 Вт 1 Вт = 1000 мВт

4. Решение задачи на расчет мощности.
.
Задача.
Найти мощность потока воды, протекающей через плотину, если высота падения воды 25 м, а расход ее — 120 куб. м в минуту.

Источник

Виды мощности — определение и характеристики

Мощность — что это за величина в физике

Одной из самых важных физических величин является мощность. Она связана с работой. В качестве примера можно привести человека, который поднимается по ступенькам. Лестницу можно преодолеть шагами или бегом. В этих ситуациях будет проделана одинаковая работа, но в том случае, когда человек бежит, работа выполняется быстрее.

В результате мощность может выражаться скоростью или интенсивностью выполнения работы. При увеличении мощности уменьшается время, необходимое для совершения работы. Таким образом, краткая формулировка мощности звучит, как скорость выполнения работы.

Мощность — является скалярной физической величиной, которая характеризует мгновенную скорость передачи количества энергии от одной физической системы к другой в процессе ее использования, и в общем случае определяется, как соотношение переданной энергии к времени передачи.

В системе СИ единицей измерения мощности является ватт, который соответствует энергии в 1 джоуль, переданной в течение 1 секунды ( 1 В т ≡ 1 Д ж / с ) . Какое-либо числовое значение мощности, указываемое в информационных источниках, в распространенных случаях подразумевает именно такой секундный временной интервал.

Согласно действующим международным стандартам серии I S O / I E C 80000 , величину мощности обозначают символом P прописной буквой при записи формул механики и электродинамики. Этимология обозначения — либо от лат. potestas, либо от англ. power.

В русскоязычных литературных источниках и записях законов по физике можно встретить обозначение мощности буквой N. Отсутствуют точные данные об этимологии данного обозначения.

Виды мощности, определение и характеристики

По Международной системе единиц (СИ) мощность можно измерить в ватт (Вт). Ватт равен одному джоулю в секунду (Дж/с). В теоретической физике и астрофизике мощность в распространенных случаях обозначают через эрг в секунду (эрг/с). Данная единица измерения является внесистемной. Мощность автомобилей, двигателей локомотивов и судов измеряют в лошадиных силах, что не рекомендовано Международной организации законодательной метрологии (МОЗМ).

Механическая мощность

В том случае, когда тело движется под воздействием силы, данная сила совершает работу.

Мощность вычисляют, как скалярное произведение вектора силы на вектор скорости движущегося тела:

N = F · v = F · v · cos α ,

где F — определяет вектор силы;

v — является вектором скорости;

α — составляет угол между вектором скорости и силы;

F — модуль вектора силы;

v — модуль вектора скорости.

В том случае, когда тело совершает вращательное движение, применима следующая формула для определения мощности:

N = M · ω = 2 π · M · n 60 ,

где M — определяет момент силы;

ω — является обозначением угловой скорости;

n — частота вращения (число оборотов в минуту, об/мин).

Электрическая мощность

Электрическая мощность является физической величиной, характеристикой скорости, с которой передается или преобразуется электроэнергия.

Мгновенная электрическая мощность P ( t ) участка электрической цепи определяется таким образом:

P ( t ) = I ( t ) · U ( t )

где I ( t ) — является мгновенным током через участок цепи;

U ( t ) — определяет мгновенное напряжение на заданном участке.

В процессе исследования сетей переменного тока оперируют не только общефизическим понятием мгновенной мощности, но и используют следующие определения:

• активная мощность, соответствует средней величине мгновенной мощности в течение периода времени;
• реактивная мощность, соответствующая энергии, которая циркулирует без диссипации от источника к потребителю и в обратном направлении;
• полная мощность, определяемая через произведение существующих значений электрического тока и напряжения без учета сдвига фаз.

Формула 4

Мгновенную активную мощность определяют таким образом:

p ( t ) = 1 2 · U m · I m · cos φ — 1 2 · U m · I m · cos φ cos ( 2 ω t ) .

Уравнение мгновенной реактивной мощности при φ > 0 :

q ( t ) = 1 2 · U m · I m · sin φ · cos \ Bigl ( 2 ω t + π 2 \ Bigr ) ,

q ( t ) = 1 2 · U m · I m · sin φ · cos \ Bigl ( 2 ω t — π 2 \ Bigr ) .

Мгновенная полная мощность:

s ( t ) = 1 2 · U m · I m · cos φ — 1 2 · U m · I m · c o s \ Bigl ( 2 ω t — φ \ Bigr ) ,

где I m — определяет амплитуду тока;

U m — является амплитудой напряжения;

φ — угол между начальным углом напряжения ψ u и начальным углом силы тока ψ i — ( φ = ψ u — ψ i ) ;

ω — угловая скорость;

Гидравлическая мощность

Гидравлическая мощность гидромашины или гидроцилиндра равна произведению перепада давления на машине (разности давлений на входе и выходе) на расход жидкости:

где Q H — расход жидкости, м 3 / с ;

P H — перепад давления, Па.

В качестве примера можно рассмотреть насосную установку НП-89Д, которой оснащают Су-24, Ту-134 и Ту-154. Производительность данной модели насоса составляет 55 л/мин (около 0 , 000917 м 3 / с ) при давлении 210 кгс/см2 (21 МПа). Таким образом, гидравлическая мощность насоса равна приблизительно 19,25 кВт.

Приборы для измерения мощности

Ваттметры (включая варметры) — являются измерительными приборами, с помощью которых определяют мощность электрического тока или электрического излучения.

В зависимости от целевого назначения и диапазона частот ваттметры классифицируют на несколько видов:

• низкочастотные (и постоянного тока);
• радиочастотные;
• оптические.

Ваттметры радиодиапазона, исходя из назначения, бывают двух типов:

• проходящей мощности, которые включают в разрыв линии передачи;
• поглощаемой мощности, предназначенные для подключения к концу линии и играющие роль согласованной нагрузки.

Согласно методу функционального преобразования измерительной информации и ее отображения для оператора, ваттметры подразделяют на следующие группы:

• аналоговые (показывающие и самопишущие);
• цифровые.

Как найти мощность, формулы и примеры задач

Основная формула для расчета мощности имеет вид:

где, P — мощность, E — энергия, t — время.

Средняя величина мощности за промежуток времени Δ t :

Интеграл по времени от мгновенной мощности за промежуток времени вычисляют, как полную переданную энергию за это время:

∫ t 0 t 1 P d t = E .

Мотор подъемной техники обладает мощностью 3,5 л. с. Необходимо определить массу груза, который такая машина может поднять на высоту 15 м за 2 мин. (1 л.с.=736 Вт).

Мощность двигателя составляет 3 , 5 · 736 = 2576 В т .

m = P t g h = 2576 · 2 · 60 10 · 15 = 2060 , 8

Требуется определить время, которое необходимо затратить на откачку 10 т воды из шахты с помощью насоса мощностью 1,5 кВт. Высота подъема составляет 20 м.

В связи с тем, что планируется откачать всю воду, работу можно выразить с помощью следующего уравнения:

Согласно формуле мощности:

t = A P = m g h P = 10000 · 10 · 20 1500 = 1333 , 3

После перевода времени в минуты, получим 22,3 мин.

Ответ: 22,3 минуты

С помощью насоса было поднято 7 , 2 м 3 воды за 8 мин на высоту 10 м. Требуется определить, какой мощностью обладает насос.

Масса воды в данном объеме равна:

P = A t = m g h t = ρ V g h t = 1000 · 7 , 2 · 10 · 10 8 · 60 = 1500

Трактор вспахал 300 м полей за 1,5 мин, развивая при этом мощность 25,8 кВт. Требуется определить силу сопротивления, которую преодолевает трактор в процессе работы.

Согласно определению мощности:

F = P t S = 25800 · 90 300 = 7740

Ответ: 7 , 74 к Н .

Поезд, масса которого составляет 6 · 10 5 к г , совершает равномерное движение со скоростью 36 к м / ч . Требуется рассчитать, какую мощность развивает тепловоз, преодолевая силу трения в 0,002 веса поезда.

В первую очередь следует перевести скорость в м/c:

υ = 36000 3600 = 10

Мощность можно определить таким образом:

P = υ F = υ F t r = υ k m g = 10 · 0 , 002 · 6 · 10 6 = 120000

Игрушечная машинка, поднимаясь на горку с постоянным уклоном, способна развивать максимальную скорость υ 1 = 5 к м / ч . Когда машинка спускается с этой же горки, она разгоняется до υ 2 = 10 к м / ч . Считая силу сопротивления пропорциональной скорости игрушки, нужно определить максимальную скорость, с которой машинка способна ехать в горку, если мощность двигателя возрастет в n = 2 раза. Ответ выразить в км/ч, округлив до десятых. Трение в осях отсутствует.

Зависимость силы сопротивления от скорости можно записать в виде уравнения:

Машинка совершает работу, преодолевая силы сопротивления, так как перемещается и забирается на горку. В общем виде совершаемую работу при движении в гору можно записать таким образом:

A 1 = F S + m g h = F υ 1 t + m g S sin α = k υ 1 2 t + m g υ 1 t sin α = C υ 1 2 + D υ 1

где C и D — коэффициенты, которые учитывают все параметры, за исключением скорости.

В таком случае, мощность равна:

N = A 1 t = C ‘ υ 1 2 + D ‘ υ 1

Далее можно рассмотреть ситуацию, когда машинка спускается с горки. Некоторую часть работы (по подъему) теперь выполняет сама сила тяжести, сняв эту нагрузку с двигателя, поэтому:

A 2 = F S — m g h = F υ 2 t — m g S sin α = k υ 2 2 t — m g υ 2 t sin α = C υ 2 2 — D υ 2

Мощность в таком случае составит:

N = A 2 t = C ‘ υ 2 2 — D ‘ υ 2

Сравнив записанные выражения, получим:

C ‘ υ 2 + D ‘ υ = C ‘ υ 2 2 — D ‘ υ 2

C ‘ D ‘ = 1 υ 2 — υ 1 = 1 5

Затем следует рассмотреть движение машинки в горку с удвоенной мощностью двигателя:

2 N = A 3 t = C ‘ υ 3 2 + D ‘ υ 3

Приравняв мощности, получим:

2 C ‘ υ 1 2 + 2 D ‘ υ 1 = C ‘ υ 3 2 + D ‘ υ 3

2 C ‘ υ 1 2 + 10 C ‘ υ 1 = C ‘ υ 3 2 + 5 C ‘ υ 3

2 υ 1 2 + 10 υ 1 = υ 3 2 + 5 υ 3

υ 3 2 + 5 υ 3 — 100 = 0

D = 25 + 400 = 425

υ 3 = — 5 ± 425 2 = 7 , 8

Ответ: 7 , 8 к м / ч

Машина, поднимаясь на гору с постоянным уклоном, способна развивать максимальную скорость υ 1 = 100 к м / ч . Во время движении вниз с этой же горы она разгоняется до υ 2 = 200 к м / ч . Считая силу сопротивления пропорциональной квадрату скорости автомобиля, требуется определить максимальную скорость, которую может развивать машина, перемещаясь по горизонтальному участку дороги. Ответ требуется выразить в км/ч, округлив до целых. Трение в какой-либо степени в осях отсутствует. Мощность машины можно считать постоянной величиной.

Сила сопротивления зависит от скорости:

Машина совершает работу, преодолевая силу сопротивления, так как движется и забирается в гору. Общую совершаемую работу при движении в гору можно выразить с помощью уравнения:

A 1 = F S + m g h = F υ 1 t + m g S sin α = k υ 1 3 t + m g υ 1 t sin α = C υ 1 3 + D υ 1

где C и D — коэффициенты, учитывающие все характеристики, за исключением скорости.

Мощность определяется таким образом:

N = A 1 t = C ‘ υ 1 3 + D ‘ υ 1

Далее можно рассмотреть ситуацию, когда машина спускается с горы. Определенную часть работы (по подъему) в этом случае выполняет сама сила тяжести, сняв эту нагрузку с двигателя, поэтому:

A 2 = F S — m g h = F υ 2 t — m g S sin α = k υ 2 3 t — m g υ 2 t sin α = C υ 2 3 — D υ 2

N = A 2 t = C ‘ υ 2 3 — D ‘ υ 2

Приравняв правые части уравнений для мощности, коэффициенты будут соотнесены следующим образом:

C ‘ υ 3 + D ‘ υ = C ‘ υ 2 3 — D ‘ υ 2

C ‘ D ‘ = υ 2 + υ 1 υ 2 3 — υ 1 3 = 300 7 · 10 6 = 3 7 · 10 — 4

Мощность при рассмотрении движения по ровному участку пути составит:

N = A 3 t = C ‘ υ 3 3

После приравнивая значений мощности, получим:

C ‘ υ 1 3 + D ‘ υ 1 = C ‘ υ 3 3

υ 1 3 + 7 3 · 10 4 υ 1 = υ 3 3

υ 3 = υ 1 3 + 7 3 · 10 4 υ 1 3 = 100 3 + 7 3 · 10 4 · 100 3 = 100 10 3 3 = 149

Источник

Урок по теме «Мощность.Единицы мощности» в 7 классе

Урок по теме «Мощность. Единицы мощности». 7-й класс

познавательная: получить знания о мощности как о физической величине;

развивающая: развивать познавательные интересы, интеллектуальные и творческие способности в процессе приобретения знаний и умений по физике, коммуникативные навыки в процессе совместного выполнения практического задания в группе;

информационно-коммуникационная: осуществлять поисковое чтение, сбор, переработку и представление информации по заданной теме, передавать содержание информации адекватно поставленной цели;

воспитательная: воспитывать убежденность в возможности познания законов природы; уважительное отношение к мнению оппонента при обсуждении проблем;

рефлексивная: оценивать свою деятельность, предвидеть возможные результаты своих действий, учитывать мнения других людей при определении собственных позиций и самооценки.

Тип урока : комбинированный урок.

Формы организации самостоятельной работы учащихся:

I. Организационный этап

Приветствие. Выяснить, какие вопросы возникли при подготовке к уроку.

II. Этап проверки подготовки к уроку

Что такое механическая работа?

Единица измерения механической работы в СИ?

В каком случае механическая работа равна 1 Дж?

4. Каково соотношение между

5. Какие два условия необходимы для совершения механической работы?

6. Когда механическая работа равна нулю?

7. В каком случае совершается работа?

-на нитке подвешен груз;

-трактор тянет прицеп;

-по гладкой поверхности катится шарик

Выполнение теста. Тест по теме «Работа. Единицы работы»

1. Что называют механической работой?

А) произведение силы на скорость тела;

Б) произведение силы на путь, пройденный по направлению силы;

В) отношение пути ко времени, за которое этот путь пройден;

Г) произведение скорости тела на время его движения.

2. Укажите, в каком из перечисленных случаев совершается механическая работа.

А. Вода давит на стенку сосуда.
Б. Мальчик удерживает ведро с водой в руках.
В. Капля воды падает вниз.

3. Укажите единицы измерения, которые не являются единицами измерения работы.

4. Бочка заполнена водой. Пользуясь ведром, ровно половину воды из бочки вычерпала девочка, оставшуюся часть воды – мальчик. Одинаковую ли работу совершили девочка и мальчик?

А. Мальчик совершил большую работу, чем девочка.
Б. Девочка совершила большую работу, чем мальчик.
В. Одинаковую.

5. Определите работу, совершаемую при подъеме груза весом 4 Н на высоту 40 см.

Взаимопроверка и самооценка

В это время на доске 2 человека решают задачи

1.Мяч, опущенный под воду на глубину 30 см, выталкивается с силой 5 Н. Найдите работу силы Архимеда

2. Обезьяна массой 12 кг карабкается вверх по лианам. Какую работу она совершит, поднявшись на 6,2 м?

III. Ориентировочно-мотивационный этап

«И вечный бой! Покой нам только снится
Сквозь кровь и пыль…
Летит, летит степная кобылица
И мнет ковыль…
И нет конца! Мелькают вёрсты, кручи…
Останови! …Покоя нет! Степная кобылица несется вскачь!»

А.Блок «На поле Куликовом» (июнь 1908 г). .

Урок сегодня я хочу начать с вопросов к вам.

1. Как вы думаете, имеет ли какое-то отношение лошадь к физике?

2. С какой физической величиной связана лошадь?

IV. Этап изучения нового материала

Мощность – правильно, это и есть тема нашего урока. Запишем ее в тетрадь.

Действительно, мощность двигателей автомобилей, транспортных средств до сих пор измеряют в лошадиных силах. Сегодня на уроке мы с вами узнаем всё о мощности с точки зрения физики. Давайте подумаем вместе и определим, что мы должны знать о мощности, как о физической величине.

Существует план изучения физических величин:

Вектор или скаляр;

Прибор для измерения.

Этот план и будут целью нашего урока.

Прием «Дерево ожиданий»: на доске нарисовано дерево, каждому учащемуся выдается 2 листка разного цвета. На одном они пишут, что ожидают от урока, на другом- чего опасаются. После того, как написали, листки откладываются в сторону.

-Как получить ответ на эти вопросы?(объяснение учителя, прочитать в учебнике и обсудить в классе)

Прочитайте стр.132-133 учебника, найдите ответы на эти вопросы и затем мы их обсудим.

1) Мощность – это физическая величина, характеризующая быстроту выполнения работы и равная отношению работы ко времени

2) Скаляр, т.к. не имеет направления.

4)

6) Ваттметр(Секундомер(время), линейка(рулетка)(расстояние), напольные весы(масса) или динамометр (сила))

Название этой единицы мощности дано в честь английского изобретателя паровой машины (1784г) Джеймса Уатта.

1 Вт = мощности, при которой за время 1 с совершается работа в 1 Дж.

Дж. Уатту принадлежит идея измерять механическую мощность в «лошадиных силах». Предложенная им единица мощности была весьма популярна, но в 1948 г. Генеральной конференцией мер и весов была введена новая единица мощности в международной системе единиц – ватт.

1 Вт = ,00013596 л.с.

Эта единица мощности была изъята из обращения с 1 января 1980 г.

Примеры мощностей современных автомобилей.

Различные двигатели имеют разные мощности.

Учебник, страница 134, таблица 5.

V. Этап первичного закрепления знаний

Решите задачу по слайдам

Дано: F =250 H СИ Решение:

t=10 мин 600 сек A=F*s

Найти : N A=250H*150 м =37500 Дж

А какова мощность человека?

. Мощность человека при нормальных условиях работы в среднем составляет 70-80 Вт. Совершая прыжки, взбегая по лестнице, человек может развивать мощность до 730 Вт, а в отдельных случаях и большую.. При быстрой же ходьбе уже требуется мощность 200 Вт. Для сравнения скажем, что мощность электродвигателя домашней кофемолки 100–200 Вт, а мясорубки – 500 Вт.

– Может ли человек по мощности сравниться с лошадью?

– Как вы думаете, какую мощность могут развивать ваши мышцы?

VI. Решение учебной задачи в новых условиях

Практическая работа в группах равного состава. Работа в группах (5-6 групп по 4 человека): определение мощности, развиваемой мышцами ног при прыжках вверх на одной ноге, при прыжках вверх на двух ногах, при беге по лестнице с первого на третий этаж, при равномерном подъеме с 1 на 3 этаж(По одному ученику от группы получает задание.)

Задание 1: Определите мощность, развиваемую мышцами при прыжках на месте на одной ноге.

Задание 2: Определите мощность, развиваемую мышцами при прыжках на месте на двух ногах.

Задание 3: Определите мощность, развиваемую мышцами ног при беге по лестнице с первого на третий этаж.

Задание 4: Определите мощность, развиваемую мышцами ног при равномерном подъеме по лестнице с первого на третий этаж.

Задание 5: Определите мощность, развиваемую мышцами ног при равномерном движении по коридору 2 этажа (А= 0.05* F * S )

– Какую силу преодолевают мышцы ног при беге вверх по лестнице, при прыжках в высоту? (Силу тяжести).

– Как найти силу тяжести, действующую на человека? Какие измерения для этого необходимо сделать?

Массу будем измерять с помощью напольных электронных весов.

– Какие еще приборы потребуются для измерения мощности?

Представители групп получают секундомеры, метровые линейки и бланки отчетов После короткого совещания и распределения обязанностей в группе ученики приступают к выполнению задания.

VII. Рефлексивно-оценочный этап

Представление полученных результатов, обсуждение сложностей возникших при решении учебной проблемы, взаимооценка.

Подведение итогов «Дерево ожиданий»: каждый вешает 1листок(ожидания или опасений). Что перевешивает?

VIII. Домашнее задание § 54 , определить мощность, которую вы развиваете, неся портфель, из школы домой и из дома в школу (оформить в виде задачи)

Источник