Лабораторная работа №7. Измерение работы и мощности электрического тока
В работе амперметром и вольтметром измеряют силу тока и напряжение на лампе или нагревателе, а секундомером — время работы. По этим данным вычисляют мощность тока и работу тока за выбранное время. Затем по мощности бытового прибора рассчитывают расход электроэнергии в киловатт-часах и его стоимость.
Цель работы. Экспериментально определить работу и мощность электрического тока и научиться рассчитывать стоимость израсходованной электроэнергии в кВт·ч.
Сделать ҚМЖ по этой темеЦели обучения
- 8.4.2.14эксперементально определять работу и мощность тока
- 8.4.2.15производить практические расчеты стоимости электроэнергии с использованием единицы измерения кВт час
- 8.1.3.3знать и соблюдать технику безопасности в кабинете физики
Оборудование
- источник тока (4–6 В)
- ключ
- амперметр
- вольтметр
- лампа на подставке или нагревательный элемент (резистор)
- секундомер или часы с секундной стрелкой
- соединительные провода
Ход работы
- 1
Начерти схему: источник, ключ, амперметр и лампа (нагреватель) соединены последовательно, вольтметр подключён параллельно лампе.
- 2
Определи цену деления амперметра и вольтметра.
- 3
Собери цепь при разомкнутом ключе и покажи её учителю.
- 4
Замкни ключ, одновременно запусти секундомер и запиши показания амперметра I и вольтметра U.
- 5
Через 2–3 минуты разомкни ключ и запиши время работы t в секундах.
- 6
Повтори опыт при другом напряжении источника (если источник это позволяет).
- 7
Вычисли мощность P = U·I и работу A = U·I·t; сравни мощность с номинальной, указанной на лампе.
- 8
Найди на этикетке бытового прибора (чайника, утюга, лампы) его мощность и рассчитай расход энергии за месяц и стоимость по тарифу.
Краткая теория
Электрический ток совершает работу, когда электрическое поле перемещает заряды по проводнику. Работа тока на участке цепи A = U·I·t, где U — напряжение (В), I — сила тока (А), t — время (с). Единица работы — джоуль (Дж). При работе тока электрическая энергия превращается в другие виды: во внутреннюю энергию проводника, в свет, в механическую энергию.
Мощность тока показывает, какую работу ток совершает за 1 с: P = A / t = U·I. Единица мощности — ватт (Вт); 1 Вт = 1 В · 1 А. С учётом закона Ома P = I²·R = U² / R. В нагревателе почти вся работа тока превращается во внутреннюю энергию, и выделившееся количество теплоты определяется законом Джоуля–Ленца: Q = I²·R·t.
В быту работу тока измеряет электрический счётчик в киловатт-часах. 1 кВт·ч — это работа, которую совершает ток мощностью 1 кВт за 1 ч: 1 кВт·ч = 1000 Вт · 3600 с = 3,6·10⁶ Дж. Чтобы найти стоимость электроэнергии, расход в кВт·ч умножают на тариф — цену 1 кВт·ч, указанную в квитанции.
Виртуальный опыт
В симуляции «Электрическая лаборатория» открой схему «Нагреватель: закон Джоуля–Ленца». Замкни ключ, запиши показания амперметра и вольтметра, вычисли мощность нагревателя P = U·I и работу тока A = P·t за выбранное время, например за 60 с. Затем вычисли, сколько теплоты выделит нагреватель за 5 минут, считая, что вся работа тока идёт на нагревание.
Таблица измерений
Лабораторная работа №7 · Физика, 8 класс. Измерение работы и мощности электрического тока
Фамилия, имя, класс: ____________________ Дата: __________
| № опыта | U, В | I, А | t, с | P, Вт | A, Дж |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 |
Расчёт и вывод
Мощность P = U·I, работа A = U·I·t = P·t.
Например, U = 4,0 В, I = 0,50 А, t = 120 с. Тогда P = 4,0 · 0,50 = 2,0 Вт, A = 2,0 · 120 = 240 Дж.
Стоимость электроэнергии. Например, чайник мощностью 2,0 кВт работает 0,25 ч в день: W = 2,0 · 0,25 = 0,5 кВт·ч в день, за 30 дней — 15 кВт·ч. При условном тарифе 30 тг за 1 кВт·ч (только для примера) стоимость равна 15 · 30 = 450 тг.
Погрешность: относительная погрешность мощности ε ≈ ΔU / U + ΔI / I, где ΔU и ΔI — половины цены деления приборов. Например, 0,1 / 4,0 + 0,01 / 0,50 = 0,045, то есть около 5 %.
Шаблон вывода: В ходе работы я определил(а) мощность тока в лампе P = … Вт и работу тока за … с: A = … Дж. Измеренная мощность … номинальной, потому что … . Прибор мощностью … кВт за месяц расходует … кВт·ч, что при тарифе … тг за 1 кВт·ч стоит … тг.
Контрольные вопросы
Что показывает мощность электрического тока и в чём она измеряется?
Показать ответ
Мощность показывает, какую работу ток совершает за 1 с. Её измеряют в ваттах: P = U·I.
Сколько джоулей в 1 кВт·ч?
Показать ответ
1 кВт·ч = 1000 Вт · 3600 с = 3,6·10⁶ Дж.
Почему мощность лампы в опыте может быть меньше указанной на ней?
Показать ответ
На лампе указана мощность при номинальном напряжении. Если напряжение в опыте меньше номинального, сила тока и мощность тоже меньше.
Как рассчитать стоимость израсходованной электроэнергии?
Показать ответ
Найти энергию W = P·t в киловатт-часах (мощность в кВт, время в часах) и умножить на тариф — цену 1 кВт·ч.
Как связаны работа тока и количество теплоты в нагревателе?
Показать ответ
В нагревателе почти вся работа тока переходит во внутреннюю энергию, поэтому Q = A, и по закону Джоуля–Ленца Q = I²·R·t.
Техника безопасности
- Собирай и меняй цепь только при разомкнутом ключе, замыкай — после проверки учителем.
- Лампа и нагревательный элемент сильно нагреваются — не трогай их во время опыта и сразу после него.
- Не оставляй цепь замкнутой дольше, чем нужно для измерения.
- Бытовые приборы в работе не используй: их мощность читай только на этикетке или в паспорте прибора.
- При запахе гари или зашкаливании стрелки сразу разомкни ключ и сообщи учителю.
Учителю
ҚМЖ и СОР по теме этой работы ИИ собирает в кабинете Bilim Plus Ұстаз по кодам целей обучения. Симуляцию можно выдать классу или вывести на доску.
Вопросы
- Можно ли выполнить работу без приборов?
- Да, можно провести виртуальную лабораторную работу в симуляции «Электрическая лаборатория» со схемой «Нагреватель: закон Джоуля–Ленца». Результаты в журнал записывай так, как требует учитель.
- Как записать вывод?
- Запиши измеренную мощность и работу тока с единицами, сравни мощность с номинальной и приведи результат расчёта стоимости электроэнергии.
- Где взять тариф для расчёта стоимости?
- Тариф указан в квитанции за электроэнергию или на сайте поставщика; в разных регионах он разный. Для учебного расчёта можно взять число, которое даст учитель.