Site Loader

Содержание

Механическая работа и мощность worksheet

Advanced search

Content:

Language: AfarAbkhazAvestanAfrikaansAkanAmharicAragoneseArabicAssameseAsturianuAthabascanAvaricAymaraAzerbaijaniBashkirBelarusianBulgarianBihariBislamaBambaraBengali, BanglaTibetan Standard, Tibetan, CentralBretonBosnianCatalanChechenChamorroCorsicanCreeCzechOld Church Slavonic, Church Slavonic,Old BulgarianChuvashWelshDanishGermanDivehi, Dhivehi, MaldivianDzongkhaEweGreek (modern)EnglishEsperantoSpanishEstonianBasquePersian (Farsi)Fula, Fulah, Pulaar, PularFinnishFijianFaroeseFrenchWestern FrisianIrishScottish Gaelic, GaelicGalicianGuaraníGujaratiManxHausaHebrew (modern)HindiHiri MotuCroatianHaitian, Haitian CreoleHungarianArmenianHereroInterlinguaIndonesianInterlingueIgboNuosuInupiaqIdoIcelandicItalianInuktitutJapaneseJavaneseGeorgianKarakalpakKongoKikuyu, GikuyuKwanyama, KuanyamaKazakhKalaallisut, GreenlandicKhmerKannadaKoreanKanuriKashmiriKurdishKomiCornishKyrgyzLatinLuxembourgish, LetzeburgeschGandaLimburgish, Limburgan, LimburgerLingalaLaoLithuanianLuba-KatangaLatvianMalagasyMarshalleseMāoriMacedonianMalayalamMongolianMarathi (Marāṭhī)MalayMalteseBurmeseNauruanNorwegian BokmålNorthern NdebeleNepaliNdongaDutchNorwegian NynorskNorwegianSouthern NdebeleNavajo, NavahoChichewa, Chewa, NyanjaOccitanOjibwe, OjibwaOromoOriyaOssetian, OsseticEastern Punjabi, Eastern PanjabiPāliPolishPashto, PushtoPortugueseQuechuaRomanshKirundiRomanianRussianKinyarwandaSanskrit (Saṁskṛta)SardinianSindhiNorthern SamiSangoSinhalese, SinhalaSlovakSloveneSamoanShonaSomaliAlbanianSerbianSwatiSouthern SothoSundaneseSwedishSwahiliTamilTeluguTajikThaiTigrinyaTurkmenTagalogTswanaTonga (Tonga Islands)TurkishTsongaTatarTwiTahitianUyghurUkrainianUrduUzbekValencianVendaVietnameseVolapükWalloonWolofXhosaYiddishYorubaZhuang, ChuangChineseZulu    Subject:   

Grade/level:    Age: 3456789101112131415161718+

Search: All worksheetsOnly my followed usersOnly my favourite worksheetsOnly my own worksheets

Работа и Мощность — презентация онлайн

2.

Работа В обыденной жизни под словом
«работа» мы называем различные
действия человека или устройства.
Например, мы говорим:
работает пылесос
работает компьютер
Что такое
механическая
работа?
Не мешай мне
работать! Я читаю
учебник физики!
Подумаешь! Я тоже
работаю – прыгаю!
В физике «механической работой» называют работу какойнибудь силы (силы тяжести, упругости, трения и т.д.) над телом,
в результате действия которой тело перемещается.
Если под действием силы тело перемещается, то совершается
механическая работа.
Механическая работа не совершается,
если тело не сдвинули!
Fтяги
Кто совершает работу? — Лошадь!

6. Пример выполненной работы

7. Условия для выполнения работы

На тело должна действовать сила F
Под действием этой силы тело должно
перемещаться
Работа — физическая величина, равная
произведению силы, действующей на тело,
на путь, совершенный телом под действием
силы в направлении этой силы.

А=F·s
А — механическая работа,
F — сила,
S — пройдённый путь.
МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА
— физическая величина, которая характеризует
результат действия силы.
A F s
А — механическая работа,
F — сила,
S — пройденный путь.
A
F
S
A
S
F
МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА
СИ:
[A] = [H ∙ м = Дж]
1Дж = 1Н ∙ 1м

11. Единицы работы

За единицу работы
принимают работу,
совершаемую силой в 1 Н,
на пути, равном 1 м.
Измеряют в Джоулях
1кДж=1000 Дж
1МДж=1000 000Дж
1мДж=0,001Дж

Fт=1Н
А = 1 Дж=1Н·1м
Когда механическая
работа не
совершается?
х
F
S
Fтр
S

ЕслиИтак,
силаесли
и
сила и
Если сила
и перемещение
перемещение
перемещение
противоположно
перпендикулярны
сонаправлены,
направлены, то
то
друг другу,
то
совершается
совершается
работа
не
положительная
отрицательнаяработа!
работа!
совершается!
S
Почему?

15.

Мощность — физическая величина, которая характеризует
скорость выполнения работы.
Мощность =
N=A / t
Работа
Время
Мощность характеризует быстроту совершения работы.
Мощность (N) – физическая величина, равная отношению
работы A к промежутку времени t, в течение которого
совершена эта работа.
Мощность показывает, какая работа совершается за единицу
времени.
В Международной системе (СИ) единица мощности
называется Ватт (Вт) в честь английского изобретателя
Джеймса Ватта (Уатта), построившего первую паровую
машину.
[ N ] = Вт = Дж / c
1 Вт = 1 Дж / 1с
1 Ватт равен мощности силы,
совершающей работу в 1 Дж за
1 секунду
Сам Ватт (1736-1819) пользовался другой единицей мощности лошадиной силой (1 л.с.), которую он ввёл с целью возможности
сравнения работоспособности паровой машины и лошади.
1л.с. = 735 Вт
«Живые двигатели» кратковременно могут повышать свою мощность в
несколько раз.

Лошадь может доводить свою мощность при беге и прыжках до
десятикратной и более величины.

19. Единицы мощности

За единицу мощности
принимают работу,
совершаемую силой в 1 Дж,
за 1 секунду.
Измеряют в Ваттах
1кВт=1000 Вт
1МВт=1000 000Вт
1мВт=0,001Вт
1 л.с=736 Вт
1л.с. = 735 Вт

Fт=1Н
N = 1 Вт=1Дж/1с
ОКАЗЫВАЕТСЯ, ЧТО …
Оказывается, самым мощным источником механической энергии
является огнестрельное оружие!
С помощью пушки можно бросить ядро массой 900кг со скоростью
500м/с, развивая за 0,01 секунды около 110 000 000 Дж работы. Эта
работа равнозначна работе по подъему 75 т груза на вершину
пирамиды Хеопса
(высота 150м ).
Мощность выстрела пушки будет составлять 11 000 000 000 Вт =
15 000 000 л.с.

21. Домашнее задание

§55-56 читать, выучить
формулы работы и мощности
Решить задачи в учебнике:
упражнение №31 (1,2,3,4)
задачник №661 (устно),
№ 672, 706 (письменно).

22. Задача

Какова мощность крана, который поднимает
плиту массой 12 тонн на высоту 30 метра за 2
минуты? Ответ: N= 1кВт
Дано:
m = 12т = 12000кг
h = 30м
t = 2 мин = 120 с
Найти:
Решение:
N = A/t
A = F *S
S=h
F = m * g = 12000кг * 9,8 Н/кг = 120000 Дж
N= 120000Дж/120с = 1000 Вт
N=?
Ответ: N= 1кВт
Какую работу совершал Кирилл,
поднимая кирпичи для кладки
печи, на высоту 0,5 м. Размеры
кирпича 20х 10х 5 см3.
Дано:
СИ
а= 20 см = 0,2 м
b= 10 cм = 0,1 м
c = 5 cм = 0,05 м
h = 0,5 м
ρ = 1800 кг/ М3
А-?
Решение:
А = F ∙S
F = m ∙g
S=h
m = ρ∙ V
V = a ∙b∙c
V= 0,2 м ∙0,1 м∙0,05 м = 0,001 М3
m = 1800 кг/ М3 ∙ 0, 001 м3 = 1,8 кг
F = 1,8 кг ∙10
=18 Н
А = 18 Н ∙ 0,5 м = 9 Дж
Какую мощность развивает Анатолий,
поднимая из колодца глубиной 6 м
ведро воды за 1, 5 минуты? Объём
воды в ведре 8 л, масса пустого ведра
400 г.
Дано:
СИ
Решение:
A
h= 6 м
N=
t
m1= 400 г = 0,4 кг
A = F ∙s
s=h
= 0,008 М3
V=8л
F = m ∙g
t= 1,5 мин. = 90 с
m = m1 + m2
N-?
m2 = ρ∙V
m2 = 1000 кг/М3 ∙0, 008 М3 = 8 кг
F = ( 8 кг + 0,4 кг)∙9,8
А = 84 Н ∙6 м = 504 Дж
N=
= 5,6Вт
≈ 84 Н
Гришка,
сколачивая
опалубку,
развивал мощность 0,1 кВт, делая
60 ударов молотком за 1 минуту.
Определите работу, производимую
им за 1 удар.
Дано:
Си
N = 0,1 кВт =100 Вт
n= 60
t= 1мин
= 60 с
А- ?
Решение:
A
N=
t
A=N∙t
A
A1 =
n
A = 100Вт ∙60 с = 600 Дж
А1 =
6000 Дж
60
= 100 Дж

Урок-путешествие «Механическая работа. Мощность». – Документ 1 – УчМет

Фамилия, имя, отчество автора: Волкова Элеонора Борисовна.

Квалификационная категория: первая.

Место проживания: Московская область, город Лыткарино.

Название учебного учреждения: Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 5 (МОУ СОШ № 5).

Дисциплина: физика.

Учебник, по которому ведется обучение: А.В.Перышкин. Физика 7.

Тема: Урок-путешествие «Механическая работа. Мощность».

Класс: 7.

Продолжительность урока: 45 минут.

Урок-путешествие

«Механическая работа. Мощность» 7 класс.

Цель урока:

Обобщение и углубление знаний учащихся о физических величинах – работа и мощность.

Выработать умения и навыки решения задач по теме «Механическая работа. Мощность»

Задачи:

— выявление уровня овладения знаниями и умениями, полученными на предыдущих уроках по теме,

— применение полученных знаний для решения различных задач;

— формирование положительной учебной мотивации, осознанного и активного отношения к своей учебной деятельности, навыков рациональной организации учебного труда, самостоятельной деятельности;

— развитие творческих способностей, коммуникативных навыков работы в группе, познавательных процессов — речи, памяти, мышления;

— совершенствование навыков анализа, обобщения, умения выступать и защищать свою точку зрения;

— раскрытие личностно-индивидуальных возможностей каждого учащегося и определение условий для их проявления и развития.

План урока

1.Подготовка к восприятию нового материала: постановка проблемы

2.Объявление темы урока и цели урока

3. Решение задач

4. Подведение итогов урока. Постановка домашнего задания

5. Рефлексия

1.Подготовка к восприятию нового материала: постановка проблемы

Вступительное слово учителя.

Все мы знаем, что физика-это одна из самых интересных наук, которая занимается изучением закономерностей, определяющих структуру и развитие мира. Особенная и занимательная она тем, что при помощи изучения того или иного явления, мы прибегаем к ряду вопросов, к счастью, на которые в большинстве случаев, даны ответы. Если мы обратим внимание на то, что нас окружает и попробуем понять суть того, что происходит, то в большинстве случаев данная наука нам поможет.

А сейчас прослушайте, интересный отрывок из произведения, с которым многие из вас знакомы. Только рассмотрим мы его уже с точки зрения физики, а не литературы.

Ситуация 1:

Учитель читает отрывок из рассказа Л. Н. Толстого «Прыжок»

«Мальчик поднялся за дразнящей его обезьяной на перекладину верхушки мачты.

«Стоило ему только оступиться – и он бы вдребезги разбился о палубу. Да если б даже он и не оступился, а дошел до края перекладины и взял шляпу, то трудно было ему повернуться и дойти назад до мачты. Все молча смотрели на него и ждали, что будет…

В это время капитан корабля, отец мальчика, вышел из каюты. Он нес ружье, чтобы стрелять чаек. Он увидел сына на мачте, и тотчас же прицелился в сына и закричал:

— В воду! Прыгай сейчас в воду! Застрелю!

Мальчик шатался, но не понимал.

— Прыгай или застрелю!.. Раз, два…- и как только отец крикнул: «Три» — мальчик размахнулся и прыгнул вниз.

Точно пушечное ядро шлепнуло тело мальчика в море, и не успели волны закрыть его, как уже двадцать матросов спрыгнули с корабля в море».

Вопрос:

1) Какая сила совершила работу и заставила мальчика падать вниз?

2) Какая сила не совершала работы?

3) Какая сила совершила работу и заставила мальчика всплыть вверх из воды?

4) Как рассчитать работу этих сил, зная, что масса мальчика 40 кг, а объем его тела равен 0,14 м3?

Ситуация 2:

Прошу двух смелых учеников выйти к доске и, взяв в руки канат, показать кто из них мощнее? Не сильнее, а именно мощнее?

Как это сделать?

2. Объявление темы урока.

Тема сегодняшнего урока:

«Решение задач по теме: «Механическая работа. Мощность»

Цель нашего урока:

вспомнить понятия «механическая работа», «мощность», расширить кругозор, научиться решать задачи разных видов: теоретические, экспериментальные, комбинированные, тестовые по теме.

  1. Какие два условия необходимы для совершения механической работы?

Это интересно! Тщательные наблюдения показывают, что груз в руках человека на самом деле не остается в полном покое, а совершает небольшие колебания, периодически поднимаясь и опускаясь. Мышцы человека при этом то расслабляются, то сокращаются, затрачивая на каждый микроскопический подъем груза вырабатываемую организмом энергию.

Примером немеханической работы является и простое запоминание человеком какой-либо информации. Этот процесс связан с жизнедеятельностью клеток мозга. Это немеханическая работа.

  1. От каких двух величин зависит совершенная работа?

  2. Укажите, в каком случае совершается механическая работа: ответьте «да» или «нет».

1. На столе стоит гиря. 6. Вода давит на стенку сосуда.

2. На пружине висит груз. 7. Мальчик поднимается вверх по лестнице.

3. Трактор тянет прицеп 8. Кирпич лежит на земле

4. Муха летит по комнате 9.Ученик запоминает формулу

5.Компьютер решает задачу 10.Тело бросили вертикально вверх

Оцените свои знания: 9-10 правильных ответов-«5»

8-7 правильных ответов-«4»

6-5 правильных ответов-«3»

4. Что принимают за единицу работы?

5. Дайте определение единицы работы. Какие ещё единицы работы вы знаете?

Выразите в джоулях работу:

0,25 кДж= 250 Дж

2,2 кДж= 2200 Дж

0,15 МДж=150000 Дж

1,2 МДж=1200000 Дж

670 Н·м=670 Дж

3. Решение задач.

3.1.Решение задачи из отрывка

1) Задача на нахождение работы силы тяжести:

Дано: Решение.

m = 40 кг А = F·h

g = 9,8 м ∕ с2 F = m·g

h = 40 м 1) F=40 кг·10 Н/кг=400 Н

—————- 2) А=400 Н·40 м=16 000 Дж

Ат — ? Ответ: А=16 кДж

2) Задача на нахождение работы силы Архимеда

Дано: Решение.

V = 0,14 м3 А=F·h

ρ = 1030 кг ∕м3 F=g·ρ·V

g = 9,8 м ∕ с2 F=1030кг/м3·10Н/кг·0,14м3=1 442 Н

h = 40 м А=1 442 Н·40 м = 57 680 Дж

—————— Ответ: А=57,68 кДж.

Аа — ?

3.2.Разбор ситуации с канатом.

Определить точку, относительно которой будет перемещаться канат, замерить время перемещения каната, расстояние, на которое перемещается канат.

Так как мощность – это быстрота совершения работы, то можно оценить отношение мощностей двух семиклассников и сказать, кто из них мощнее.

1. Что показывает мощность?

2. Как вычислить мощность, зная работу и время?

3. Как называется единица мощности?

4. Какие единицы мощности используют в технике?

5. Как, зная мощность и время работы, рассчитать работу?

Схема иллюстрирует, на сколько «мощь человеческого разума» больше мощности человеческих мускулов.

Из приведенной схемы видно, что:

  • Мощность легкового автомобиля примерно в тысячу раз больше средней мощности человека;

  • Мощность авиалайнера примерно в тысячу раз больше мощности автомобиля;

  • Мощность космической ракеты примерно в тысячу раз больше мощности самолета.

Динамическая пауза. Ребята встают и выполняют упражнения.

Мы в ракету дружно сели,

(все приседают)

В космос полететь хотели, (поднимаются, руки вверх)

С притяжением Земли

Мы бороться не смогли.

Шлём вам всем большой привет, (помахать руками)

Опоздавшим места нет.

3.3 Решение экспериментальной задачи.

На столах имеется лабораторное оборудование: динамометр, набор грузов по механике, сантиметровая лента.

Задание: сравнить работы, совершенные при подъеме вверх 1-го, а затем 2-х грузов с уровня пола до крышки стола.

Учитель:

Давайте, сформулируем цель нашей работы:

Ученик:

Определить отношение работ, совершаемых при подъеме грузов.

Учитель:

Каков план действий?

Ученик:

1) Определить с помощью динамометра вес груза.

2) Измерить высоту парты.

3) Рассчитать механическую работу, совершаемую при подъеме груза.

4) Проделать тоже для 2-х грузов.

5) Сравнить полученные значения работ и сделать вывод.

Учитель открывает план действий для выполнения эксперимента, написанный на доске, и ранее закрытый от учеников и ученики приступают к работе.

Решение задач по иллюстрации.

1) По карточке с рисунком придумайте текст задачи, решите ее в тетради

Дано: Решение.

t=10 мин=600 с А=F·S

F=250 Н А=120м·250Н=30 000 Дж

S=120 м N=А/t

Найти: А-? N=30 000Н/600с=50 Вт

N-? Ответ: А=30 кДж, N=50 Вт.

2) Сила тяги двигателя реактивного самолета МИГ-21 38кН. Какая работа, совершаемая двигателем за 20 с полета со скоростью 1800 км/ч? Какую мощность развивает двигатель при таком полете?

Дано: Решение.

F=38 кН=38 000Н N=А/t, А=F·S, S=υ·t

t=20 с 1) S=500 м/с·20 с=10 000 м

υ=1 800км/ч=500м/с 2) А=10 000 м·38 000Н=380 000 000 Дж

Найти: 3) N= 380 000 000Дж/20с= 19 000 000 Вт

N-? Ответ: N=19 МВт.

3.5 Решение задач по уровням

Первый уровень.

1. На полу стоит ящик массой 20 кг. Какую работу надо произвести, чтобы поднять ящик на высоту кузова автомашины, равную 1,5 м? 

Дано: m= 20 кг                       Решение:

          h=1,5 м                       А=Fs                                          

Найти: А-?                               A=mgh; A=20кг ·9,8Н/кг 1,5м=300 Дж

Ответ: А=300 Дж.

Второй уровень.

2. Вычислите работу, совершаемую при подъеме бетонной плиты объемом 0,5 м3 на высоту 15 м. Плотность бетона 2300кг/ м3.

Дано: Решение.

V=0,5 м3A=mgh

h=15 м m=ρ·V; m=0,5 м3·2 300 кг/м3=1 150 кг

ρ=2 300 кг/м3 А=1 150 кг·10 Н/кг·15 м=172 500 Дж

Найти: А-? Ответ: А=172,5 кДж

Третий уровень.

  1. Мощность двигателя подъёмной машины равна 4 кВт.  Какой груз она может поднять на высоту 15 м в течение 2 минут?

    1. Решение тестовых задач.

Тест по теме: «Механическая работа. Мощность.»

Вариант 1.

1. Тело совершает работу только тогда, когда…

А) …оно движется В) …оно движется по инерции

Б) …на него действует сила Г) …на него действует сила и оно движется

2. Механическую работу вычисляют по формуле:

А) F = p • S В) А = F • s

Б) Р = m • g Г) F = g • ρ • V

3. Работу измеряют в ..

А) Джоулях В) Метрах

Б) Ньютонах Г) Паскалях

4. Какую работу совершает сила в 1Н на пути 1 м в направлении действия силы?

А) 1 Вт В) 10 Вт

Б) 1 Дж Г) 10Дж

5. Вычислите работу, которую производит садовод, прикладывая к тачке с землей силу 25 Н и перемещая ее на расстояние 20 м.

А) 45 Дж В) 0,5 кДж

Б) 50 кДж Г) 500 Дж

Тест по теме: «Механическая работа. Мощность.»

Вариант 2.

1. Быстроту выполнения работы характеризует величина …

А) …время В) …сила

Б) …скорость движения Г) …мощность

2. Мощность можно вычислить по формуле …

А) N =А ∕ t В) А = F • s

Б) p = F ∕ S Г) Р = m • g

3. Мощность измеряют в …

А) …Ньютонах В) …Ваттах

Б) …Паскалях Г) … Джоулях

4. Чему равна мощность, если за 1 секунду совершается работа равная 1 Дж?

А) 1 Вт В) 60 Вт

Б) 3600 Вт Г) 1 Вт

5. Чему равна работа, произведенная миксером мощностью 150 Вт за 10 с?

А) 15 Дж В) 1500 Дж

Б) 150 Дж Г) 1 Дж

Бланк ответов

Фамилия, имя___________________________________________ Вариант:

Номер

задания

№ 1

№ 2

№ 3

№ 4

№ 5

Вариант

ответа

Ответы к тестовому заданию:

Вариант 1: №1 – Г; №2 – В; №3 – А; №4 – Б; №5 – Г

Вариант 2: №1 – Г; №2 – А; №3 – В; №4 – Г; №5 – В

4. Подведение итогов урока. Постановка домашнего задания.

Выводы:

Итак, давайте подведем итог.

Мы сегодня с вами научились:

  • решать задачи на применение формулы для расчета механической работы.

  • решать задачи на применение формулы для расчета мощности.

А так же, что немало важно:

  • развивали умение анализировать, выдвигать гипотезы, наблюдать и экспериментировать;

  • развивали умение выражать результаты собственной мыслительной деятельности, используя разные способы.

А для следующего урока:

  • я надеюсь, что разбудили интерес и желание изучать физику, решать нестандартные задачи, экспериментировать.

Домашнее задание. Повторить § 53,54. Определить работу силы тяжести при подъёме портфеля.

Рефлексия.

Ребята у вас на партах лежат желтые, зелёные и красные флажки.

Красный – тема очень сложная и мне нужна дополнительная работа с учителем по этой теме.

Жёлтый – тема сложная, но мне достаточно ещё раз самому сесть и прочитать параграф учебника. Почитать конспекты. Выполнить вдумчиво домашнее задание.

Зелёный – тема несложная. Я легко справлюсь с домашним заданием.

Поднимите тот, который ближе всего отражает ваше настроение в конце урока.

Материал к уроку:

   

… сердце человека, перекачивая кровь, за одно сокращение совершает около 1 Дж работы. Этой работы будет достаточно для подъема гири массой 10 кг на высоту 1 см.

… мощность, развиваемая взрослым человеком при обычной ходьбе по ровной дороге равна 60–65 Вт. При быстрой же ходьбе уже требуется мощность 200 Вт. Для сравнения скажем, что мощность электродвигателя домашней кофемолки 100–200 Вт, а мясорубки – 500 Вт.

Краткий обзор интересных фактов

  1. Оказывается, тонна дерева тяжелее тонны железа на 2,5 кг из-за действия закона Архимеда в газах. Архимедова сила, действующая на тонну дерева, больше аналогичной силы, действующей на тонну железа, в силу разности их объемов. Следовательно, истинный вес дерева равен 1 тонне плюс архимедова сила дерева; истинный вес железа равен 1 тонне плюс архимедова сила железа.

  2. Вода обладает многими удивительными свойствами, резко отличающими ее от всех других свойств жидкостей. Все тела при нагревании расширяются, при охлаждении сжимаются. Все кроме воды. При температуре от 0 до +40С вода при охлаждении расширяется, при нагревании сжимается. При +40С вода имеет наибольшую плотность, равную 1000 кг/м3.

  3. В России в 1834 г. отец и сын Черепановы, крепостные горнозаводчика Урала Демидова, построили первый отечественный паровоз. Этот паровоз перевозил руду на территории Нижнетагильского завода по специальной «чугунной дороге». Он развивал скорость 15 км/ч при грузе в 3,5 т.

Используемые материалы:

1. Интернет ресурсы: http://do.gendocs.ru/docs/index-221105.html; http://school1-asb.ucoz.ru/Melnikova/Urok2.doc.

2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. 10 класс: учебник. – М.: Илекса, 2005.

3. Кирик Л.А., Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика. 10 кл.: Методические материалы для учителя. – М.: Илекса, 2005.

————————————————————————————————————

Карточки.

Механическая работа. Мощность.

Первый уровень.

На полу стоит ящик массой 20 кг. Какую работу надо произвести, чтобы поднять ящик на высоту кузова автомашины, равную 1,5 м? 

Второй уровень.

Вычислите работу, совершаемую при подъеме бетонной плиты объемом 0,5 м3 на высоту 15 м. Плотность бетона 2300кг/ м3.

Третий уровень.

Мощность двигателя подъёмной машины равна 4 кВт.  Какой груз она может поднять на высоту 15 м в течение 2 минут?

— ———————————————————————————————————

Механическая работа. Мощность.

Первый уровень.

На полу стоит ящик массой 20 кг. Какую работу надо произвести, чтобы поднять ящик на высоту кузова автомашины, равную 1,5 м? 

Второй уровень.

Вычислите работу, совершаемую при подъеме бетонной плиты объемом 0,5 м3 на высоту 15 м. Плотность бетона 2300кг/ м3.

Третий уровень.

Мощность двигателя подъёмной машины равна 4 кВт.  Какой груз она может поднять на высоту 15 м в течение 2 минут?

Работа и мощность.

Работой A, совершаемой постоянной силойна прямолинœейном участке траектории принято называть физическая величина, равная произведению модуля силы на пройденный путь s, умноженному на косинус угла α между векторами силыи перемещения:

. (5.1)

Работа является скалярной величиной. Она должна быть как положительной (0° ≤ α < 90°), так и отрицательной (90° < α ≤ 180°). При α = 90° работа͵ совершаемая силой, равна нулю. В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж).

В случае если к телу приложено несколько сил, то общая работа всœех сил равна алгебраической сумме работ, совершаемых отдельными силами. При поступательном движении тела, когда точки приложения всœех сил совершают одинаковое перемещение, общая работа всœех сил равна работе равнодействующей приложенных сил.

Работа силы, совершаемая в единицу времени, принято называть мощностью. Мощность N это физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:

(5.2)

В Международной системе (СИ) единица мощности принято называть ватт (Вт). Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.

Читайте также


  • — ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ РАБОТА И МОЩНОСТЬ.

    Относительные показатели результативности и эффективности предприятия Финансовые результаты предприятия Основной целью (формально) для коммерческого предприятия является получение прибыли. Порядок формирования прибыли… [читать подробнее].


  • — Работа и мощность сердца. Аппарат искусственного кровообращения

    Работа, совершаемая сердцем, затрачивается на преодоление сил давления и сообщение крови кинетической энергии. Рассчитаем работу, совершаемую при однократном сокраще­нии левого желудочка. Изобразим Vу — ударный объем крови — в виде цилиндра (рис. 9.9). Можно считать, что… [читать подробнее].


  • — Работа и мощность силы

    Работа и мощность силы. Теорема об изменении кинетической энергии РАБОТА, МОЩНОСТЬ, ЭНЕРГИЯ . Единой мерой различных форм движения служит физическая величина, называемая энергией. Для характеристики качественно различных форм движения,… [читать подробнее].


  • — Механическая работа и мощность

      Если действующая на тело сила вызывает его перемещение , то действие силы характеризуется механической работой , где — угол между направлением силы и перемещения. Формула справедлива для случая когда тело движется прямолинейно и действующая на него сила остается… [читать подробнее].


  • — Работа и мощность

    Работа постоянной силы на пути S определяется по формуле: А= F*S*Cos (1Дж = 1 нм). Мощность при поступательном движении находится так: P = A/t (1BT = 1 Дж/с) (1кВт = 1000Вт) (1МВт=1000000Вт) (1л.с.=736Вт) Коэффициент полезного действия определяется по форме: = Рп/Рз = Ап/Аз Если в машине много… [читать подробнее].


  • — Работа и мощность тока. Закон Джоуля- Ленца.

    Рассмотрим однородный проводник, к которому приложено напряжение . За время через сечение проводника переносится заряд . Так как ток представляет собой перемещения заряда под действием электрического поля, то работа тока равна . (1) Если сопротивление проводника , то… [читать подробнее].


  • — Работа и мощность тока. Закон Джоуля — Ленца

      Рассмотрим однородный проводник, к кон­цам которого приложено напряжение U. За время At через сечение проводника перено­сится заряд dq = Idt. Так как ток пред­ставляет собой перемещение заряда dq под действием электрического поля, то, по формуле (84.6), работа тока … [читать подробнее].


  • — Механическая работа и мощность

    Энергетические характеристики движения вводятся на основе понятия механической работы или работы силы. Работой A, совершаемой постоянной силой называется физическая величина, равная произведению модулей силы и перемещения, умноженному на косинус угла &… [читать подробнее].


  • — Работа и мощность электрического тока

    В электрических генераторах под действием электромагнитной индукции происходит разделение зарядов, при этом генератором совершается работа По закону сохранения энергии электрическая энергия, выработанная генератором за то же время, преобразуется в другие виды… [читать подробнее].


  • — Работа и мощность тока.

    Закон Ома для участка цепи определяет силу тока на участке электрической цепи при заданном напряжении между его концами и известном со­противлении. Он позволяет рассчитать тепловые, химиче­ские и магнитные действия тока, так как они зависят от силы… [читать подробнее].


  • Работа и мощность тока | Центр физики частиц и высоких энергий НИИ ЯП БГУ

    Любые машины, установки и приборы, приводимые в движение электричеством, являются потребителями электрической энергии.

    Чем больше электрической энергии потребляет ежесекундно установка, тем больше масштаб производимых ею работ. Важнейшей характеристикой электрической машины, установки, прибора является мощность — количество потребляемой в секунду электрической энергии.

    Чтобы узнать мощность установки, надо умножить электрическое напряжение, при котором она работает, на силу проходящего через установку тока. Почему это так — понять нетрудно. Как мы уже знаем, напряжение, подведённое к установке, показывает, какую работу совершает поле, перемещая через установку один кулон электричества. Сила тока в амперах выражает число кулонов, прошедших за 1 секунду. Если мы умножим работу, совершённую над каждым зарядом, на число зарядов, прошедших за секунду, то узнаем полную работу, совершённую электрическим полем за 1 секунду. А это и есть поглощённая в установке мощность. За счёт этой затрачиваемой ежесекундно электрической энергии совершается полезная работа установки.

    Итак,

    мощность=напряжение х сила тока.

    Мощность измеряется в ваттах и киловаттах.

    1 ватт — это такая мощность, которая выделяется в проводнике в том случае, когда напряжение поля на концах проводника равно одному вольту, а сила тока в проводнике— одному амперу. 1000 ватт составляет 1′киловатт.

    Через дуговой фонарь, который мы видим на рис. 12, идёт ток в 5 ампер. Этот ток вызван электрическим полем напряжением в 55 вольт. Перемножая напряжение и силу тока, узнаем, что мощность дуги равна

    55×5=275 ватт=0,275 киловатта.

    Чем больше мощность дуги, тем больше даёт она тепла и света.

    Мощность лампочки карманного фонаря равна примерно 1 ватту, т. е. 0,001 киловатта. Мощность советского шагающего экскаватора около 7000 киловатт.

    Замечательным и очень важным для практики свойством электрической энергии является лёгкая возможность её концентрации и дробления. Современный советский тепловой генератор (турбогенератор) развивает мощность в 100 000 киловатт. Эта мощность равна мощности 40 тяжёлых паровозов ФД. От сети, питаемой этим генератором, черпает энергию огромный стан для прокатки металла мощностью свыше 25 ООО киловатт, и электрические часы, мощность которых всего лишь 0,000003 киловатта.

    Мощность электрического прибора или установки показывает, сколько электроэнергии потребляется в одну секунду. Общее количество энергии, поступившей в установку за какое-то время, мы узнаем, если умножим мощность установки на время её работы:

    энергия = мощность х время.

    Эта величина характеризует объём работы, совершённой установкой.

    Если бы вся поглощаемая электроэнергия шла на совершение полезной работы, то, умножая мощность на время, мы узнали бы величину работы, которую выполнила установка (например, подъёмный кран). Однако часть электроэнергии затрачивается на преодоление трения движущихся частей самой установки, на нагрев обмотки и другие непроизводительные работы. Поэтому полезная работа установки меньше, чем потребляемая ею электроэнергия. Отношение полезной работы к поглощённой энергии называется коэффициентом полезного действия установки. Электрические машины обладают высоким коэффициентом полезного действия.

    В технике энергия и работа измеряются в кило-ват т-ч асах. 1 киловатт-час — это такая энергия, которая потребляется за час прибором мощностью в 1 киловатт. В качестве более мелкой единицы применяют 1 гектоватт-час, равный 0,1 киловатт-часа.

    Представление о том, чему равна энергия в один киловатт-час, дают следующие цифры, приведённые известным советским энергетиком академиком А. В. Винтером.

    Для выплавки 1 тонны чугуна или стали нужно затратить 20 киловатт-часов. На добычу каждой тонны нефти — 28 киловатт-часов. 40 киловатт-часов электроэнергии затрачивает электротрактор на вспашку 1 гектара.

    Энергия в 1 киловатт-час позволяет выполнить любую из следующих работ:

    1)    добыть и доставить на поверхность земли 75 килограммов угля;

    2)    прокатать 50 килограммов металлических изделий;

    3)    изготовить 10 метров хлопчатобумажной ткани;

    4)    выпечь 88 килограммов хлеба;

    5)    вывести в инкубаторе 30 цыплят

    Тест по физике Механическая работа и мощность 7 класс

    Тест по физике Механическая работа и мощность для учащихся 7 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта, в каждом по 7 заданий.

    1 вариант

    1. Механическая работа совершается, если

    1) тело покоится
    2) тело движется по инерции
    3) тело покоится или движется
    4) тело движется под действием силы

    2. Работа силы будет отрицательной,

    1) если направление силы совпадает с направлением движения
    2) если направление силы противоположно направ­лению движения
    3) если направление силы перпендикулярно направ­лению движения
    4) этот случай невозможен

    3. Человек поднял из колодца ведро воды массой 8 кг. Глубина колодца 7 м. При этом человек совершил ра­боту

    1) 11 Дж
    2) 56 Дж
    3) 560 Дж
    4) 9 Дж

    4. Мощность равна

    1) отношению работы ко времени, за которое она бы­ла совершена
    2) отношению силы ко времени действия силы
    3) произведению работы и времени, за которое она была совершена
    4) произведению силы и времени действия силы

    5. Единицей измерения работы является

    1) ватт
    2) паскаль
    3) джоуль
    4) ньютон

    6. За 7 с двигатель автомобиля совершил работу 1 750 кДж. Мощность такого двигателя равна

    1) 250 кВт
    2) 122,5 МВт
    3) 784 кВт
    4) 450 кВт

    7. Средняя мощность двигателя самолёта 750 кВт, за время 10 мин двигатель самолёта совершает работу

    1) 75 кДж
    2) 7500 кДж
    3) 450 МДж
    4) 45 000 кДж

    2 вариант

    1. Механическая работа равна

    1) отношению величины силы к пройденному пути
    2) отношению величины силы к скорости движения тела
    3) произведению величины силы и пути, пройденного в направлении действия силы
    4) произведению величины силы и скорости движе­ния тела

    2. Работа силы будет равна нулю,

    1) если направление силы совпадает с направлением движения
    2) если направление силы противоположно направ­лению движения
    3) если направление силы перпендикулярно направ­лению движения
    4) этот случай невозможен

    3. Подъёмный кран, подняв груз массой 400 кг на высо­ту 15 м, совершил работу

    1) 27 Дж
    2) 267 Дж
    3) 6000 Дж
    4) 60 кДж

    4. Механическая мощность характеризует

    1) быстроту движения
    2) быстроту совершения работы
    3) быстроту действия силы
    4) быстроту изменения скорости

    5. Единицей измерения мощности является

    1) ватт
    2) паскаль
    3) джоуль
    4) ньютон

    6. Совершив за 30 с работу 630 Дж, человек развивает мощность

    1) 21 кВт
    2) 21 Вт
    3) 18,9 кВт
    4) 0,5 Вт

    7. Средняя мощность двигателя автомобиля 150 кВт, при разгоне автомобиля за время 6 с двигатель совер­шает работу

    1) 25 Дж
    2) 900 Дж
    3) 25 000 Дж
    4) 900 000 Дж

    Ответы на тест по физике Механическая работа и мощность
    1 вариант
    1-4
    2-2
    3-3
    4-1
    5-3
    6-1
    7-3
    2 вариант
    1-3
    2-3
    3-4
    4-2
    5-1
    6-2
    7-4

    Механическая энергия

    В предыдущей части Урока 1 было сказано, что работа совершается над объектом всякий раз, когда на него действует сила, вызывающая его перемещение. Работа включает в себя силу, действующую на объект, вызывающую его перемещение. Во всех случаях, когда выполняется работа, существует объект, который обеспечивает силу для выполнения работы. Если книгу «Мировая цивилизация» поднять на верхнюю полку студенческого шкафчика, то учащийся прилагает усилия для выполнения работы над книгой. Если плуг перемещается по полю, то какое-либо сельскохозяйственное оборудование (обычно трактор или лошадь) обеспечивает силу, необходимую для работы плуга.Если питчер разворачивается и ускоряет бейсбольный мяч по направлению к домашней пластине, то питчер обеспечивает силу, необходимую для выполнения работы над бейсбольным мячом. Если автомобиль на американских горках перемещается от уровня земли к вершине первого спуска на американских горках, то цепь, приводимая в движение двигателем, обеспечивает силу, необходимую для выполнения работы над автомобилем. Если штанга перемещается от уровня земли на высоту над головой тяжелоатлета, то тяжелоатлет прилагает усилие для выполнения работы со штангой. Во всех случаях объект, обладающий той или иной формой энергии, обеспечивает силу для выполнения работы.В описанных здесь случаях объекты, выполняющие работу (студент, трактор, кувшин, мотор/цепь), обладают химической потенциальной энергией , хранящейся в пище или топливе, которая преобразуется в работу. В процессе совершения работы объект, совершающий работу, обменивается энергией с объектом, над которым совершается работа. Когда над объектом совершается работа, этот объект получает энергию. Энергия, приобретаемая объектами, над которыми совершается работа, известна как механическая энергия .

    Механическая энергия — это энергия, которой обладает объект вследствие его движения или положения. Механическая энергия может быть либо кинетической энергией (энергией движения), либо потенциальной энергией (запасенной энергией положения). Объекты обладают механической энергией, если они находятся в движении и/или если они находятся в каком-либо положении относительно положения с нулевой потенциальной энергией (например, кирпич, удерживаемый в вертикальном положении над землей или в положении нулевой высоты). Движущийся автомобиль обладает механической энергией за счет своего движения (кинетической энергией).Движущийся бейсбольный мяч обладает механической энергией как из-за его высокой скорости (кинетическая энергия), так и из-за его вертикального положения над землей (потенциальная энергия гравитации). Книга «Мировая цивилизация», покоящаяся на верхней полке шкафчика, благодаря своему вертикальному положению над землей обладает механической энергией (потенциальной гравитационной энергией). Штанга, поднятая высоко над головой тяжелоатлета, благодаря своему вертикальному положению над землей обладает механической энергией (потенциальной гравитационной энергией). Натянутый лук обладает механической энергией из-за своего натянутого положения (упругой потенциальной энергией).

    Механическая энергия как способность выполнять работу

    Объект, обладающий механической энергией, способен совершать работу. На самом деле механическую энергию часто определяют как способность совершать работу. Любой объект, обладающий механической энергией — будь то в форме потенциальной энергии или кинетической энергии — способен совершать работу. То есть его механическая энергия позволяет этому объекту прикладывать силу к другому объекту, чтобы заставить его сместиться.

    Можно привести множество примеров того, как объект с механической энергией может использовать эту энергию для приложения силы, вызывающей перемещение другого объекта. Классический пример — массивный шар-разрушитель машины для сноса. Мяч для разрушения представляет собой массивный объект, который отбрасывается назад в высокое положение и может качаться вперед в конструкцию здания или другой объект, чтобы разрушить его. При ударе о конструкцию разрушающий шар прикладывает к ней силу, чтобы вызвать смещение стены конструкции.На приведенной ниже диаграмме изображен процесс, посредством которого механическая энергия разрушающего шара может быть использована для выполнения работы.

     

    Молоток — это инструмент, который использует механическую энергию для выполнения работы. Механическая энергия молотка дает молотку способность прикладывать силу к гвоздю, чтобы заставить его сместиться. Поскольку молоток имеет механическую энергию (в виде кинетической энергии), он может совершать работу с гвоздем. Механическая энергия – это способность совершать работу.

     

    Другой пример, который иллюстрирует, как механическая энергия является способностью объекта выполнять работу, можно увидеть в любой вечер в вашем местном боулинге. Механическая энергия шара для боулинга дает шару возможность приложить силу к кегли для боулинга, чтобы заставить ее сместиться. Поскольку массивный шар имеет механическую энергию (в виде кинетической энергии), он может совершать работу на штифте. Механическая энергия – это способность совершать работу.

     

    Дротик — еще один пример того, как механическая энергия объекта может совершать работу над другим объектом.Когда дротик заряжен и пружины сжаты, он обладает механической энергией. Механическая энергия сжатых пружин дает пружинам возможность прикладывать силу к дротику, чтобы заставить его сместиться. Поскольку пружины обладают механической энергией (в виде упругой потенциальной энергии), они способны совершать работу над дротиком. Механическая энергия – это способность совершать работу.

    Обычной сценой в некоторых частях сельской местности является «ветряная электростанция».«Высокоскоростные ветры используются для работы лопастей турбины на так называемой ветровой электростанции. Механическая энергия движущегося воздуха дает частицам воздуха возможность прикладывать силу и вызывать смещение лопастей. лопасти вращаются, их энергия впоследствии преобразуется в электрическую энергию (немеханическая форма энергии) и подается в дома и на предприятия для работы электроприборов.Поскольку движущийся ветер имеет механическую энергию (в виде кинетической энергии), он может работать на лезвиях.Еще раз подчеркнем, что механическая энергия — это способность совершать работу.

     

    Суммарная механическая энергия

    Как уже упоминалось, механическая энергия объекта может быть результатом его движения (т. е. кинетической энергии) и/или результатом накопленной им энергии положения (т. е. потенциальной энергии). Общее количество механической энергии есть просто сумма потенциальной энергии и кинетической энергии. Эта сумма называется просто полной механической энергией (сокращенно TME).

    ТМЭ = ПЭ + КЭ

    Как обсуждалось ранее, в нашем курсе обсуждаются две формы потенциальной энергии — потенциальная энергия гравитации и потенциальная энергия упругости. Учитывая этот факт, приведенное выше уравнение можно переписать:

    TME = PE грав + PE пружина + KE

    На приведенной ниже диаграмме показано движение Ли Бен Фардеста (уважаемый американский прыгун с трамплина), когда он скользит вниз с холма и совершает один из своих рекордных прыжков.


    Полная механическая энергия Ли Бен Фардеста равна сумме потенциальной и кинетической энергий. Две формы энергии в сумме дают до 50 000 Дж. Заметим также, что полная механическая энергия Ли Бен Фардеста является постоянной величиной на протяжении всего его движения. Существуют условия, при которых полная механическая энергия будет величиной постоянной, и условия, при которых она будет величиной изменяющейся. Это тема Урока 2 — отношения работы и энергии.А пока просто запомните, что полная механическая энергия — это энергия, которой обладает объект либо из-за его движения , либо из-за его накопленной энергии положения . Общее количество механической энергии есть просто сумма этих двух форм энергии. И, наконец, объект с механической энергией способен совершать работу над другим объектом.

    9.1 Работа, мощность и теорема о работе-энергии. Физика

    Раздел Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

    • Описать и применить теорему работа-энергия
    • Описать и рассчитать работу и мощность

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

    • (6) Научные концепции. Учащийся знает, что изменения происходят в физической системе, и применяет законы сохранения энергии и импульса. Ожидается, что студент:
      • (А) описывать и применять теорему работа-энергия;
      • (С) описать и вычислить работу и мощность.

    Кроме того, Руководство по физике для средней школы касается следующих стандартов:

    • (6) Научные концепции. Учащийся знает, что изменения происходят в физической системе, и применяет законы сохранения энергии и импульса.Ожидается, что студент:
      • (С) рассчитать механическую энергию, мощность, генерируемую внутри, приложенный к ней импульс и импульс физической системы.

    Используйте лабораторную работу под названием «Работа и энергия» в качестве дополнения к материалам этого раздела.

    Основные термины раздела

    энергия гравитационная потенциальная энергия джоулей кинетическая энергия механическая энергия
    потенциальная энергия мощность Вт работа теорема работа-энергия

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    В этом разделе учащиеся узнают, как работа определяет изменения кинетической энергии и что мощность — это скорость выполнения работы.

    [BL][OL] Повторить представление о массе, скорости и ускорении под действием силы тяжести. Дайте общие определения слов потенциал и кинетика .

    [AL][AL] Напомните учащимся уравнение W=PEe=fmgW=PEe=fmg . Укажите, что ускорение свободного падения является постоянным, поэтому PE e , являющееся результатом работы силы тяжести, также будет постоянным. Сравните это с ускорением за счет других сил, таких как приложение мышц для подъема камня, которое может быть непостоянным.

    Теорема о работе и энергии

    В физике термин работа имеет очень конкретное определение. Работа — это приложение силы ff для перемещения объекта на расстояние d в направлении приложения силы. Работа, Вт , описывается уравнением

    Некоторые вещи, которые мы обычно считаем работой, не являются работой в научном смысле этого слова. Рассмотрим несколько примеров. Подумайте, почему каждое из следующих утверждений верно.

    • Домашнее задание не работа.
    • Поднять камень вверх над землей — это работы.
    • Перемещение камня по прямой траектории через газон с постоянной скоростью не является работой .

    Первые два примера довольно просты. Домашняя работа не является работой, потому что объекты не перемещаются на расстояние. Поднять камень над землей — это работа, потому что камень движется в направлении приложения силы. Последний пример менее очевиден. Вспомним из законов движения, что сила равна , а не , необходимой для перемещения объекта с постоянной скоростью.Поэтому, хотя может быть приложена некоторая сила, чтобы удерживать камень над землей, результирующая сила не прилагается, чтобы поддерживать движение камня вперед с постоянной скоростью.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    [BL][OL] Объясните, что когда эта теорема применяется к объекту, который сначала покоится, а затем ускоряется, член 12mv1212mv12 равен нулю.

    [OL][AL] Работа измеряется в джоулях и W=fdW=fd . Сила измеряется в ньютонах, а расстояние в метрах, поэтому джоули эквивалентны ньютон-метрам (Н⋅м)(Н⋅м)

    Работа и энергия тесно связаны.Когда вы совершаете работу по перемещению объекта, вы изменяете энергию объекта. Вы (или объект) также тратите энергию на выполнение работы. Фактически энергию можно определить как способность совершать работу. Энергия может принимать различные формы, и одна форма энергии может трансформироваться в другую. В этой главе нас будет интересовать механическая энергия, которая бывает двух видов: кинетическая энергия и потенциальная энергия.

    • Кинетическая энергия также называется энергией движения. Движущийся объект обладает кинетической энергией.
    • Потенциальная энергия, иногда называемая запасенной энергией, бывает нескольких видов.Гравитационная потенциальная энергия — это накопленная энергия, которой обладает объект в результате его положения над поверхностью Земли (или другого объекта в космосе). Автомобиль американских горок на вершине холма обладает гравитационной потенциальной энергией.

    Давайте посмотрим, как выполнение работы над объектом изменяет энергию объекта. Если мы приложим силу, чтобы поднять камень с земли, мы увеличим потенциальную энергию камня, PE . Если мы уроним камень, сила гравитации увеличит кинетическую энергию камня по мере его движения вниз, пока он не упадет на землю.

    Сила, которую мы прикладываем, чтобы поднять камень, равна его весу, w , что равно его массе, m , умноженной на ускорение свободного падения, g .

    Работа, которую мы совершаем над камнем, равна силе, которую мы прикладываем, умноженной на расстояние d , на которое мы поднимаем камень. Работа, которую мы совершаем над камнем, также равна увеличению гравитационной потенциальной энергии камня: PE e .

    Кинетическая энергия зависит от массы объекта и его скорости, v .

    Когда мы бросаем камень, сила тяжести заставляет камень падать, придавая камню кинетическую энергию. Когда работа, совершаемая над телом, увеличивает только его кинетическую энергию, то чистая работа равна изменению значения величины 12mv212mv2. Это формулировка теоремы о работе и энергии, которая математически выражается как

    . W=ΔKE = 12mv22−12mv12.W=ΔKE = 12mv22−12mv12.

    Нижние индексы 2 и 1 указывают конечную и начальную скорость соответственно.Эта теорема была предложена и успешно проверена Джеймсом Джоулем (рис. 9.2).

    Имя Джоуль звучит знакомо? Джоуль (Дж) является метрической единицей измерения как работы, так и энергии. Измерение работы и энергии в одних и тех же единицах подтверждает идею о том, что работа и энергия связаны и могут быть преобразованы друг в друга. 1,0 Дж = 1,0 Н∙м, единица силы, умноженная на расстояние. 1,0 Н = 1,0 кг∙м/с 2 , поэтому 1,0 Дж = 1,0 кг∙м 2 2 . Анализ единиц слагаемого (1/2) м v 2 даст те же единицы для джоулей.

    Фигура 9.2 Джоуль назван в честь физика Джеймса Джоуля (1818–1889). (Ч. Х. Джинс, Wikimedia Commons)

    Смотреть физику

    Работа и энергия

    В этом видео объясняется теорема об энергии работы и обсуждается, как работа, выполняемая над объектом, увеличивает KE объекта.

    Проверка захвата

    Верно или неверно — Увеличение энергии объекта, на который действует только гравитационная сила, равна произведению веса объекта на расстояние, на которое он падает.

    1. Правда
    2. Ложь

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Повторите информацию о кинетической и потенциальной энергии, обсуждавшуюся ранее в этом разделе. Попросите учащихся различать и понимать два способа увеличения энергии объекта (1) приложение горизонтальной силы для увеличения KE и (2) приложение вертикальной силы для увеличения PE.

    Расчеты с использованием работы и мощности

    В приложениях, связанных с работой, нас часто интересует, насколько быстро выполняется работа.Например, при проектировании американских горок важным фактором является время, необходимое для подъема автомобиля с американских горок на вершину первого холма. Полчаса подъема наверняка вызовут раздражение у райдеров и снизят продажи билетов. Давайте посмотрим, как рассчитать время, необходимое для выполнения работы.

    Напомним, что ставка может использоваться для описания количества, например работы, за период времени. Мощность – это скорость, с которой совершается работа. В этом случае скорость означает в единицу времени .Мощность рассчитывается путем деления выполненной работы на время, затраченное на эту работу.

    Давайте рассмотрим пример, который поможет проиллюстрировать разницу между работой, силой и мощностью. Предположим, что женщина на рис. 9.3, поднимающая телевизор с помощью шкива, поднимает телевизор на четвертый этаж за две минуты, а мужчине, несущему телевизор по лестнице, требуется пять минут, чтобы добраться до того же места. Они проделали одинаковую работу (fd)(fd) на телевидении, потому что они переместили одинаковую массу на одно и то же расстояние по вертикали, что требует такой же величины восходящей силы.Однако женщина, использующая шкив, произвела больше энергии. Это потому, что она выполнила работу за меньшее время, поэтому знаменатель формулы мощности, t , меньше. (Для простоты мы пока оставим в стороне тот факт, что человек, поднимающийся по лестнице, также проделал работу над собой.)

    Фигура 9.3 Как бы вы не перенесли телевизор на четвертый этаж, объем выполняемой работы и потенциальный прирост энергии одинаков.

    Мощность может быть выражена в ваттах (Вт).Эта единица может использоваться для измерения мощности, связанной с любой формой энергии или работы. Вы, скорее всего, слышали этот термин, используемый по отношению к электрическим устройствам, особенно к лампочкам. Умножение мощности на время дает количество энергии. Электричество продается в киловатт-часах, потому что это равно количеству потребляемой электроэнергии.

    Единица ватт была названа в честь Джеймса Уатта (1736–1819) (см. рис. 9.4). Он был шотландским инженером и изобретателем, который открыл, как увеличить мощность паровых двигателей.

    Фигура 9.4 Думает ли Джеймс Уатт о ваттах? (Карл Фредерик фон Бреда, Wikimedia Commons)

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    [BL][OL] Рассмотрите концепцию того, что работа изменяет энергию объекта или системы. Вспомните единицы работы, энергии, силы и расстояния. Используйте уравнения для механической энергии и работы, чтобы показать, что является работой, а что нет. Объясните, почему держать что-то над землей или нести что-то по ровной поверхности — это не работа в научном смысле.

    [ПР] Попросите учащихся использовать уравнения механической энергии, чтобы объяснить, почему каждое из них работает или не работает. Попросите их привести больше примеров, пока они не поймут разницу между научным термином работа и задачей, которая просто трудна, но не буквально работает (в научном смысле).

    [BL][OL] Подчеркните, что мощность — это скорость, и эта скорость означает «в единицу времени». В метрической системе это обычно секунды. Завершите раздел, устранив любые неверные представления о различиях между силой, работой и мощностью.

    [AL] Объясните отношения между единицами силы, работы и мощности. Если W=fdW=fd и работу можно выразить в Дж, то P=Wt=fdtP=Wt=fdt, поэтому мощность можно выразить в единицах Н⋅мсN⋅мс

    Также объясните, что мы покупаем электроэнергию в киловатт-часах, потому что, когда мощность умножается на время, единицы времени сокращаются, и остается работа или энергия.

    Ссылки на физику

    Паровая машина Уатта

    Джеймс Уатт не изобретал паровую машину, но к тому времени, когда он закончил возиться с ней, она стала более полезной.Первые паровые машины были не только неэффективны, они производили только возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение. Это было естественно, потому что поршни перемещаются внутрь и наружу при изменении давления в камере. Это ограничение годилось для простых задач, таких как перекачивание воды или приготовление пюре, но не так хорошо работало для движения поезда. Уатт смог построить паровую машину, которая преобразовывала возвратно-поступательное движение в круговое. Одно это нововведение положило начало промышленной революции. Мир никогда не будет прежним.Одна из паровых машин Уатта показана на рис. 9.5. Видео, которое следует за рисунком, объясняет важность парового двигателя в промышленной революции.

    Фигура 9,5 Поздняя версия паровой машины Уатта. (Неемия Хокинс, Wikimedia Commons)

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Начните дискуссию об историческом значении внезапного увеличения количества энергии, доступной для промышленности и транспорта.Предложите учащимся принять во внимание тот факт, что скорость транспортировки увеличилась примерно в десять раз. Не менее значительными были изменения в способах производства товаров. Спросите учащихся, как, по их мнению, произошедшие в результате изменения в образе жизни сравниваются с более поздними изменениями, вызванными такими инновациями, как авиаперелеты и Интернет.

    Смотреть физику

    Роль Уатта в промышленной революции

    Это видео демонстрирует, как ватты, полученные в результате изобретений Уатта, помогли сделать промышленную революцию возможной и позволили Англии вступить в новую историческую эру.

    Проверка захвата

    Какой вид механической энергии вырабатывает паровая машина?

    1. Потенциальная энергия
    2. Кинетическая энергия
    3. Атомная энергия
    4. Солнечная энергия

    Прежде чем продолжить, убедитесь, что вы понимаете разницу между силой, работой, энергией и мощностью. Сила, действующая на объект на расстоянии, работает. Работа может увеличивать энергию, а энергия может выполнять работу. Мощность – это скорость, с которой совершается работа.

    Рабочий пример

    Применение теоремы о работе и энергии

    Фигуристка массой 50 кг скользит по льду со скоростью 8 м/с, когда ее друг подходит сзади и толкает ее, в результате чего ее скорость увеличивается до 12 м/с.Сколько работы сделал друг на фигуристке?

    Стратегия

    К задаче можно применить теорему о работе-энергии. Напишите уравнение теоремы и упростите его, если возможно.

    W=ΔKE = 12mv22−12mv12W=ΔKE = 12mv22−12mv12 Упростить до W=12m(v22−v12)Упростить до W=12m(v22−v12)

    Решение

    Определите переменные. м = 50 кг,

    v2=12 мс и v1=8 мсv2=12 мс и v1=8 мс

    9.1

    Заменитель.

    Вт=1250(122−82)=2000 ДжВт=1250(122−82)=2000 Дж

    9.2

    Обсуждение

    Работа над объектом или системой увеличивает его энергию. В этом случае увеличивается кинетическая энергия фигуриста. Отсюда следует, что прирост энергии должен быть равен разнице КЭ до и после толчка.

    Советы для успеха

    Эта задача иллюстрирует общий метод решения задач, требующих применения формул: определить неизвестные и известные переменные, выразить неизвестные переменные через известные переменные, а затем ввести все известные значения.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Определите три переменные и выберите соответствующее уравнение. Различайте начальную и конечную скорость и обращайте внимание на знак минус.

    Определите переменные. м = 50 кг,

    v2=12 мс и v1=8 мсv2=12 мс и v1=8 мс

    Замена.

    W=1250(122−82)=2000 ДжW=1250(122−82)=2000 Дж

    Практические задачи

    1 . (кредит: модификация работы Pass My Exams, CC BY-SA 4.0)

    Фигура 9,6

    Тяжелоатлет поднимает с пола штангу весом 200 Н на высоту 2 м. Сколько работы сделано?

    1. 0\,\текст{J}

    2. 100\,\text{J}

    3. 200\,\text{J}

    4. 400\,\text{J}

    2 .

    Определите, какое из следующих действий генерирует больше энергии. Показать свою работу.

    • перенос телевизора 100\,\text{N} на второй этаж в 50\,\text{s} или
    • нести 24\,\text{N} арбуз на второй этаж в 10\,\text{s}?
    1. Перенос 100\,\text{N} телевизора генерирует больше энергии, чем перенос 24\,\text{N} арбуза на ту же высоту, потому что мощность определяется как проделанная работа, умноженная на временной интервал.

    2. Перенос 100\,\text{N} телевизора генерирует больше энергии, чем перенос 24\,\text{N} арбуза на ту же высоту, потому что мощность определяется как отношение выполненной работы к интервалу времени.

    3. Перенос 24\,\text{N} арбуза генерирует больше энергии, чем перенос 100\,\text{N} телевизора на ту же высоту, потому что мощность определяется как проделанная работа, умноженная на временной интервал.

    4. Перенос 24\,\text{N} арбуза генерирует больше энергии, чем перенос 100\,\text{N} телевизора на ту же высоту, потому что мощность определяется как отношение выполненной работы к временному интервалу.

    Проверьте свое понимание

    3 .

    Укажите два свойства, которые выражаются в джоулях.

    1. работа и сила

    2. энергия и вес

    3. работа и энергия

    4. вес и сила

    4 .

    Когда кокос падает с дерева, над ним совершается работа W , когда он падает на пляж. Эта работа описывается уравнением

    W= Fd = 12mv22−12mv12.W= Fd = 12mv22−12mv12.

    9.3

    Определите количества F , d , m , v 1 и v 2 в этом событии.

    1. F — сила тяжести, равная весу кокоса, d — расстояние, на которое падает орех, м — масса земли, v 1 — начальная скорость, а v 2 — скорость, с которой он достигает берега.
    2. F — сила тяжести, равная весу кокоса, d — расстояние, на которое падает орех, м — масса кокоса, v 1 — начальная скорость , а v 2 — скорость, с которой он достигает берега.
    3. F — сила тяжести, равная весу кокоса, d — расстояние, на которое падает орех, м — масса земли, v 1 — скорость с которой он попадает на берег, а v 2 — начальная скорость.
    4. F — сила тяжести, равная весу кокоса, d — расстояние, на которое падает орех, м — масса кокоса, v 1 — скорость с которой он попадает на берег, а v 2 — начальная скорость.

    Поддержка учителей

    Поддержка учителей

    Используйте вопросы Check Your Understanding, чтобы оценить достижение учащимися учебных целей раздела.Если учащиеся испытывают трудности с выполнением определенной задачи, функция «Проверить понимание» поможет определить, какая из них, и направит учащихся к соответствующему содержанию.

    Работа, энергия и мощность — MCAT Physical

    Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже.Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

    Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как так как ChillingEffects.org.

    Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

    Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

    Вы должны включить следующее:

    Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

    Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

    Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
    101 S. Hanley Rd, Suite 300
    Сент-Луис, Миссури 63105

    Или заполните форму ниже:

     

    Работа, энергия и мощность | IOPSpark

    Силы и движение

    Практическая деятельность для 16-19

    • Время активности 60 минут
    • Продвинутый уровень

    Мощность – это скорость выполнения работы, т. е.е. скорость, с которой энергия передается силой. Вполне вероятно, что ваши студенты будут знакомы с этим определением. Возможно, они также изучали мощность в электрическом контексте.

    Краткое содержание урока

    • Обсуждение: Значение власти (10 минут)
    • Пример работы: Пример расчета; мощность = сила × скорость (10 минут)
    • Студенческий эксперимент: простые измерения силы человека (20 минут)
    • Вопросы учащихся: Практические расчеты (20 минут)

    Многие из практических действий, предложенных ранее в этой теме, могут быть легко адаптированы для работы с питанием; просто измерьте время, в течение которого действует сила, и вычислите: мощность = выполненная работа затраченное время.

    Обсуждение: Значение силы

    Дайте определение силы – возможно, это будет повторением для ваших учеников. Спросите единицу измерения (ватт, Вт) и ее соотношение с базовыми единицами СИ

    .

    (1 Вт = 1 кг м 2 с -3 ).

    Примеры работы: Пример расчета; мощность = сила × скорость.

    Автомобильный двигатель создает поступательную силу 1000 Н. Если автомобиль движется со скоростью , какая мощность развивается?

    За 1 с автомобиль проезжает 20 м.Отсюда мы можем вычислить:

    работа совершается за 1 с = сила × расстояние

    проделанная работа = 1000 Н × 20 м

    выполненная работа = 20 кДж

    мощность = выполненная работавремя

    мощность = 20 кДж1 с

    мощность = 20 кВт

    Из этого примера вы можете заметить, что мы могли бы также использовать альтернативную форму уравнения для мощности:

    мощность = сила × скорость

    напр. мощность = выполненная работавремя

    мощность = сила × расстояние (в направлении действия силы) затраченное время,

    , поэтому мощность = сила × скорость.

    (Однако это работает, только если скорость постоянна, т. е. сила , а не результирующая сила, действующая на движущийся объект.)

    Студенческий эксперимент: простые измерения человеческой силы

    Студенты могут выполнять различные физические действия, например, поднимать измеряемые веса, и вычислять их полезную выходную мощность с помощью секундомера. (Обратите внимание, что человеческое тело не очень эффективно в этих действиях, поэтому фактическая мощность, рассеиваемая учеником, будет значительно больше, чем выведено здесь.)

    Это включено, так как возможно, что некоторые из ваших учеников менее чем уверены в этой области. Ожидается, что большинство студентов уже освоили эту тему.

    Эпизод 218-1: Сила ученицы — бег вверх по лестнице (Word, 39 КБ)

    Вопросы учащихся: Практические расчеты

    Первые вопросы представляют собой разминочные упражнения, которые должны придать ученикам уверенность. Обратите внимание, что первый вопрос устанавливает связь между мощностью, силой и скоростью (мощность = сила × скорость).

    Эпизод 218-2: Механическая сила (Word, 26 КБ)

    Эпизод 218-3: Тренировка с циклом (Word, 114 КБ)

    %PDF-1.5 % 186 0 объект> эндообъект внешняя ссылка 186 92 0000000016 00000 н 0000003171 00000 н 0000002136 00000 н 0000003345 00000 н 0000003964 00000 н 0000004004 00000 н 0000004051 00000 н 0000004116 00000 н 0000004343 00000 н 0000004449 00000 н 0000004616 00000 н 0000004915 00000 н 0000005231 00000 н 0000049796 00000 н 0000049832 00000 н 0000052489 00000 н 0000052648 00000 н 0000052804 00000 н 0000052963 00000 н 0000053123 00000 н 0000053286 00000 н 0000053454 00000 н 0000053619 00000 н 0000053820 00000 н 0000054120 00000 н 0000054211 00000 н 0000055403 00000 н 0000055564 00000 н 0000055728 00000 н 0000056005 00000 н 0000056756 00000 н 0000057340 00000 н 0000057850 00000 н 0000058452 00000 н 0000058905 00000 н 0000059467 00000 н 0000059532 00000 н 0000059596 00000 н 0000059974 00000 н 0000060583 00000 н 0000061083 00000 н 0000061458 00000 н 0000061981 00000 н 0000062507 00000 н 0000063266 00000 н 0000063785 00000 н 0000064411 00000 н 0000064930 00000 н 0000065452 00000 н 0000069069 00000 н 0000072170 00000 н 0000075480 00000 н 0000078573 00000 н 0000081705 00000 н 0000084995 00000 н 0000085426 00000 н 0000085942 00000 н 0000086700 00000 н 0000087209 00000 н 0000087822 00000 н 0000088305 00000 н 0000091432 00000 н 0000095392 00000 н 0000095564 00000 н 0000095777 00000 н 0000095949 00000 н 0000096018 00000 н 0000096072 00000 н 0000096128 00000 н 0000096184 00000 н 0000096357 00000 н 0000096438 00000 н 0000101142 00000 н 0000107059 00000 н 0000112099 00000 н 0000116937 00000 н 0000125004 00000 н 0000130029 00000 н 0000134219 00000 н 0000138889 00000 н 0000142465 00000 н 0000147625 00000 н 0000154660 00000 н 0000154806 00000 н 0000155182 00000 н 0000159726 00000 н 0000160190 00000 н 0000160694 00000 н 0000198095 00000 н 0000198996 00000 н 0000249569 00000 н 0000250067 00000 н трейлер ]>> startxref 0 %%EOF 188 0 объект>поток xb«c`dc`g` À

    Работа, мощность и энергия – Джилл Колдуэлл, PLN

    В этой блок-схеме показано, как связаны между собой работа, мощность и энергия, а также приведены некоторые реальные примеры трех

    Это картина представляет собой уравнения работы и мощности. P означает мощность, а W означает работу

    Это пример задачи с работой и мощностью. Работа обозначается в джоулях, а мощность измеряется в ваттах

    На этом рисунке показаны компоненты, когда к объекту прикладывается сила и он перемещается на определенное расстояние


    Для этой лабораторной работы класс пошел в тренажерный зал и поднял вес, чтобы увидеть, сколько работы было сделано, и созданная мощность. Во-первых, мы нашли расстояние, на которое каждый ученик мог поднять вес. Затем мы добавили вес, чтобы он подходил каждому человеку, и засекли время, необходимое для выполнения десяти повторений.Затем данные были записаны, и в таблице и графиках ниже показаны результаты.

    Копия полномочий человека Джилл Колдуэлл

    Копия полномочий человека Джилл Колдуэлл

    Сила человека Лабораторный раздаточный материал

    Сила человека Лабораторный раздаточный материал

    Словарь:

    работа — равно константе 9005 сила, действующая на объект в направлении движения, умноженная на перемещение объекта

    энергия — способность объекта изменять себя или окружающий мир

    кинетическая энергия — равна 1/2 массы объекта, умноженное на скорость объекта в квадрате

    теорема работа-энергия — работа равна изменению кинетической энергии

    джоуль — единица энергии равна ньютону на метр

    мощность — равна произведенной работе, разделенной на время, необходимое для выполнения работы

    ватт — единица мощности равна 1 джоуль/1 секунду

    кинетическая энергия вращения — равно 1/2 момента инерции объекта, умноженного на квадрат скорости вращения

    гравитационная потенциальная энергия — равна произведению его массы, ускорения свободного падения и расстояния от исходного уровня

    опорный уровень — положение, при котором потенциальная энергия определяется как ноль

    упругая потенциальная энергия — запасенная энергия представляет собой объект с свойствами растяжения или упругости

    закон сохранения энергии — в замкнутой системе энергия не может быть создано или разрушено

    механическая энергия — сумма кинетической энергии и гравитационной потенциальной энергии системы

    тепловая энергия — тепловая энергия

    упругое столкновение — столкновение, при котором кинетическая энергия не изменяется

    6 столкновение — столкновение, при котором увеличивается кинетическая энергия

    Work and Power: Waterwheel — Lesso п

    (2 оценки)

    Быстрый просмотр

    Уровень: 8 (7-9)

    Необходимое время: 45 минут

    Урок Зависимость: Нет

    Тематические области: Физические науки, наука и техника

    Ожидаемые характеристики NGSS:


    Поделиться:

    Резюме

    Исследование водяного колеса иллюстрирует учащимся физические свойства энергии. Они узнают, что понятие работы, силы, действующей на расстоянии, отличается от мощности, которая определяется как сила, действующая на расстоянии в течение некоторого периода времени. Учащиеся создают модель водяного колеса и используют ее для расчета количества производимой энергии и выполненной работы. Эта инженерная учебная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

    Инженерное подключение

    При проектировании лифтов, электростанций или гоночных автомобилей инженеры-механики принимают во внимание понятия как работы, так и мощности.Инженеры, разрабатывающие автомобильные двигатели, учитывают, будет ли двигатель использоваться в высокопроизводительном или экономичном автомобиле. Высокопроизводительный двигатель способен быстро разгоняться и имеет высокую мощность; это также дороже в производстве. Таким образом, инженер проектирует двигатель для экономичного автомобиля с более низкой номинальной мощностью, чтобы снизить общую стоимость производства автомобиля.

    Цели обучения

    После этого урока учащиеся должны уметь:

    • Установите связь между понятиями мощности и работы и инженерным проектированием.
    • Опишите, как водяное колесо может производить механическую и электрическую энергию.
    • Объясните, как концепция сохранения энергии применима к сценариям реального мира.

    Образовательные стандарты

    Каждый урок или занятие TeachEngineering соотносится с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.

    Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.достижениястандарты.org).

    В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естествознание или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .

    NGSS: научные стандарты следующего поколения — наука
    Ожидаемая производительность NGSS

    МС-ПС3-5.Сконструируйте, используйте и представьте аргументы в поддержку утверждения о том, что при изменении кинетической энергии объекта энергия передается объекту или от него. (6-8 классы)

    Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
    Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
    Научная и инженерная практика Ключевые дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
    Составлять, использовать и представлять устные и письменные аргументы, подкрепленные эмпирическими данными и научными рассуждениями, для поддержки или опровержения объяснения или модели явления.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Научные знания основаны на логических и концептуальных связях между фактами и объяснениями.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Когда энергия движения объекта изменяется, одновременно с этим неизбежно происходит какое-то другое изменение энергии.

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Энергия может принимать различные формы (например,грамм. энергия в полях, тепловая энергия, энергия движения).

    Соглашение о согласовании: Спасибо за отзыв!

    Общие базовые государственные стандарты — математика
    • Используйте рассуждения о соотношении для преобразования единиц измерения; правильно манипулировать и преобразовывать единицы при умножении или делении величин. (Оценка 6) Подробнее

      Посмотреть согласованную учебную программу

      Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    • Оценивайте выражения при определенных значениях их переменных.Включите выражения, возникающие из формул, используемых в реальных задачах. Выполнять арифметические операции, в том числе с целыми показателями степени, в обычном порядке, когда нет скобок для указания определенного порядка (Порядок операций). (Оценка 6) Подробнее

      Посмотреть согласованную учебную программу

      Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    • Измените формулы, чтобы выделить интересующую величину, используя те же рассуждения, что и при решении уравнений.(Оценки 9 — 12) Подробнее

      Посмотреть согласованную учебную программу

      Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    • Решите квадратные уравнения путем проверки (т. g., для x² = 49), извлечение квадратных корней, завершение квадрата, квадратичная формула и разложение на множители в соответствии с исходной формой уравнения. Распознавайте, когда квадратичная формула дает комплексные решения, и записывайте их как a ± bi для действительных чисел a и b. (Оценки 9 — 12) Подробнее

      Посмотреть согласованную учебную программу

      Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – Технология
    • Энергия – это способность совершать работу. (Оценки 6 — 8) Подробнее

      Посмотреть согласованную учебную программу

      Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    • Мощность — это скорость, с которой энергия преобразуется из одной формы в другую или передается из одного места в другое, или скорость, с которой совершается работа.(Оценки 6 — 8) Подробнее

      Посмотреть согласованную учебную программу

      Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

    ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

    Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

    Больше учебных программ, подобных этому

    Введение/Мотивация

    Рис. 1. В этом примере водяного колеса текущая вода толкает лопасти, заставляя ротор вращаться.авторское право

    Авторское право © http://www.energyquest.ca.gov/story/chapter12.html

    Чтобы начать этот урок, покажите классу изображения водяных колес. Объясните, что в прошлом водяные колеса использовались для перемалывания зерна в муку и пиломатериалов. В этих процессах используется механическая энергия, вырабатываемая вращающейся осью. Современные гидроэлектростанции используют ту же концепцию водяного колеса, чтобы вращать турбины в плотине для производства электроэнергии. На рис. 1 показано, как текущая вода в плотине может вращать ротор.

    Вы можете проиллюстрировать концепцию использования механической энергии для производства электричества, используя ручной генератор для питания лампочки. Турбины в плотине точно так же обеспечивают энергией генератор и могут обеспечивать энергией целые города.

    Объясните, что инженеры рассчитывают мощность плотины, изучая количество и скорость протекающей воды. Они могут определить, сколько электроэнергии может производить турбина и какую площадь она может надежно снабжать энергией.Расскажите о соответствующем упражнении «Мощность, работа и водяное колесо» и объясните, что учащиеся будут выполнять аналогичное упражнение, чтобы определить объем работы, которую может выполнить модель водяного колеса, и мощность, которую оно может генерировать. Перед занятием представьте и объясните формулы для работы и мощности, представленные в разделе «Предыстория урока ».

    Предыстория урока и концепции для учителей

    Ниже приведен краткий обзор понятий потенциальной и кинетической энергии (подробно рассмотренных в предыдущем уроке), а также работы и мощности.

    Потенциальная энергия — это энергия, которой обладает объект из-за его положения. Потенциальную энергию можно также рассматривать как накопленную энергию — энергию, которой объект обладает как неотъемлемая характеристика, но не используется. Иногда ее называют гравитационной потенциальной энергией (ПЭ). Это можно выразить математически следующим образом:

    PE = масса x г x высота

    , где PE — потенциальная энергия, измеренная в джоулях (Дж), а g — ускорение свободного падения.На уровне моря g = 9,81 м/с 2 . Примером потенциальной энергии является книга, лежащая на краю стола. Если бы вы столкнули ее с края стола, книга упала бы на пол и издала громкий звук. Это выражение кинетической энергии. Кинетическая энергия — это энергия, которой объект обладает вследствие своего движения ; любой движущийся объект обладает кинетической энергией. Падающая книга в этом примере является иллюстрацией кинетической энергии. Кинетическая энергия зависит как от массы, так и от скорости и может быть выражена математически следующим образом:

    Два новых понятия, которые будут обсуждаться на этом уроке, — это работа и мощность. Работа есть сила, действующая на расстоянии и может быть выражена как:

    Работа = сила x расстояние

    Ньютон (Н) — единица измерения силы в метрической системе. Чтобы найти вес или силу падения объекта, просто умножьте его массу на силу тяжести. Например, объект массой 10 кг будет относиться к следующему весу:

    .

    10 кг x 9,81 м/с 2 = 98,1 кг*м/с 2 = 98,1 ньютона.

    Теперь, если сила в 10 ньютонов была использована для перемещения объекта на 20 метров, мы можем определить затраченную работу.Вы можете представить это как человека, толкающего большую коробку и скользящего по полу.

    Работа = 10 ньютонов x 20 метров = 200 ньютонов*метров = 200 джоулей.

    Джоуль (Дж) — это единица работы и то же самое, что ньютон-метр.

    Мощность – это работа, выполненная за период времени , и выражается в ваттах (Вт) или джоулях/сек. Иллюстрация мощности описана в следующем примере. Две кучи кирпичей нужно передвинуть через улицу.Мэри таскает по два кирпича за раз, и на выполнение этой работы уходит два дня, а Элизабет, управляющая экскаватором, выполняет работу за 15 минут. Мэри и Элизабет делают одинаковое количество работы . Однако количество израсходованной мощности сильно отличается. Если эта работа требует 20 000 джоулей работы, мы можем рассчитать мощность обратной лопаты. Сначала преобразуйте 15 минут в секунды:

    15 мин x 60 сек/мин = 900 сек.

    Затем разделите необходимое количество джоулей на количество секунд:

    20 000 Дж ÷ 900 сек = 22.2 Вт.

    Элизабет будет производить 22,2 Вт энергии. С другой стороны, Мэри будет производить только 0,116 Вт мощности. Таким образом, чем больше энергии вырабатывается, тем быстрее выполняется работа.

    Понятия работы и мощности очень важны для инженеров. Например, номинальная мощность двигателя описывает, насколько быстро автомобиль может разгоняться. Все автомобили могут разогнаться до 60 миль в час, но спортивный автомобиль, такой как Corvette, который в два раза мощнее большинства автомобилей, очень быстро разгоняется до 60 миль в час. Инженерам необходимо определить, насколько мощным должен быть двигатель, чтобы автомобиль хорошо ехал по холмам и поворотам, а также быстро обгонял другие автомобили на автостраде. Однако мощные двигатели стоят дорого, и если двигатель будет слишком дорогим, не так много людей купят машину.

    Мощность также очень важна для производства электроэнергии. Вода заставит лопасти турбины двигаться, а мощность воды будет определять количество вырабатываемой энергии. Инженеры могут рассчитать, сколько энергии может произвести гидроэлектростанция и, следовательно, какую большую территорию или какой большой город она может снабжать электричеством.Энергия также важна в более простых системах, таких как работа строительных лифтов. Количество используемой энергии будет определять, как быстро лифт может подняться и максимальный вес, который может поднять лифт.

    Связанные виды деятельности

    Закрытие урока

    The Hoover Damcopyright

    Copyright © Wikimedia Commons https://commons. wikimedia.org/wiki/File:Hoover_dam_from_air.jpg

    Кратко рассмотрите различия между понятиями мощности и работы. Повторите еще раз, что разное количество энергии будет выполнять один и тот же объем работы за разные периоды времени (то есть меньшее количество энергии требует больше времени). Покажите фотографию известной плотины, такой как плотина Гувера, и укажите, сколько потенциальной энергии существует на вершине плотины. Расскажите о работе, проделанной водой на турбинах, и о электроэнергии, вырабатываемой для удовлетворения потребностей таких городов, как Феникс и Лас-Вегас.

    Объясните, почему инженеры всех специальностей необходимы для работы над такими проектами, как плотины.Инженеры-строители проектируют и строят плотину, инженеры-геотехники следят за землей, на которой построена плотина, инженеры-экологи следят за воздействием плотины и смягчают воздействие плотины на окружающую среду, инженеры-механики строят турбины для колодцев, а инженеры-электрики контролировать и строить энергосистему для обеспечения энергией близлежащих городов.

    Словарь/Определения

    Энергия: Энергия – это способность выполнять работу (единицы = Джоули).

    мощность: мощность — это работа за определенный период времени (единицы = ватты).

    работа: сила, действующая на объект, заставляющая его перемещаться на расстояние (единицы = джоули).

    Оценка

    Оценка перед уроком

    Голосование: Попросите учащихся проголосовать за следующие вопросы.

    • Если книга падает со стола и падает на пол, работа сделана? (Ответ: Да, сила [гравитация] действует на расстоянии [высоте стола].) Когда книга просто лежит на столе, обладает ли она потенциальной энергией?» (Ответ: Да.) Когда книга падает, какой энергией она обладает? (Ответ: Кинетической энергией.)
    • Мария и Джессика — очень крепкие близнецы. Кто работает больше: Мария, которая поднимает один блок весом 100 фунтов на определенное расстояние с определенной скоростью, или Джессика, которая поднимает 10 блоков весом 10 фунтов на такое же расстояние с той же скоростью (по одному за раз)? (Ответ: Это вопрос с подвохом. Они оба выполняют одинаковый объем работы.Человек, поднимающий 10 блоков, использует только 1/10 силы, чтобы поднять блоки, но перемещается в 10 раз дальше.)
    • Примечание: Для этих упрощенных примеров работы мы не принимаем во внимание какие-либо осложняющие факторы, такие как сопротивление воздуха при перемещении тела или при подъеме предметов.

    Оценка после внедрения

    Мозговой штурм: В небольших группах учащиеся должны участвовать в открытом обсуждении. Напомните учащимся, что никакая идея или предложение не является «глупой».» Все идеи должны быть выслушаны с уважением. Спросите студентов:

    • С какими типичными ограничениями при проектировании сталкиваются инженеры, пытаясь решить, насколько мощной им следует спроектировать систему кабины или лифта? (Примеры соображений: как быстро он должен двигаться? Каков самый тяжелый груз, который он будет нести? Сколько люди будут платить за него? Насколько большим он может быть? Сколько топлива или электричества он будет использовать?)

    Оценка итогов урока

    Вычисления: Предложите учащимся попрактиковаться в решении задач на потенциальную энергию, кинетическую энергию и работу:

    • Если груз массой 8 кг поднять на высоту 10 м, какова его потенциальная энергия? (Ответ: PE = (8 кг)*(9. 8 м/с 2 )*(10 м) = 784 кг*м 2 2 = 784 Дж)
    • Теперь рассмотрим объект с кинетической энергией 800 Дж и массой 12 кг. Какова его скорость? (Ответ: v = sqrt(2*KE/м) = sqrt((2 * 800 Дж)/12 кг) = 11,55 м/с)
    • Если на расстоянии 6 м действует сила в 20 ньютонов, какая работа будет совершена? (Ответ: W = 20 Н * 6 м = 120 Н м)

    Вопрос/ответ: Предложите учащимся ответить на следующий вопрос в кратком абзаце в своих дневниках или на листе бумаги:

    • Используя пример с разгрузкой автомобиля в разделе «Оценка перед уроком», как бы вы выяснили, у кого больше возможностей разгружать свои сумки с продуктами? (Ответ: Это зависит… тот, кто финишировал первым, имел больше силы.)

    Расширение урока

    Следующий веб-сайт дает хорошее описание работы и мощности, а также содержит интерактивные упражнения: http://www.physicsclassroom.com/Class/energy/U5L1e. html. Предложите учащимся прочитать уроки и решить задачи, а также проверить свои ответы.

    Гидроэнергетика представляет собой эффективную альтернативу традиционным источникам электроэнергии, таким как уголь и другие ископаемые виды топлива.Предложите учащимся обсудить другой возможный альтернативный источник энергии, энергию ветра. Обсудите сходство между энергией ветра и гидроэлектроэнергией (например, вода крутит лопасти турбины, а ветер крутит лопасти ветряной мельницы). Обсудите преимущества и недостатки этих альтернативных источников энергии. Обратите внимание, что хотя альтернативные источники энергии становятся все более рентабельными, они обычно дороже, чем использование ископаемого топлива. Однако гидроэлектроэнергия в настоящее время конкурентоспособна по стоимости, а стоимость энергии ветра становится конкурентоспособной в некоторых регионах.Преимущество альтернативных источников энергии в том, что они возобновляемы (источники топлива не исчерпываются). Еще одним преимуществом является то, что они не загрязняют окружающую среду, как сжигание ископаемого топлива. Тем не менее, есть некоторые воздействия на окружающую среду как ветром, так и водными источниками. Плотины могут разрушить экосистему реки, изменив течение, препятствуя нормальному поведению реки, такому как заиление и затопление, а также препятствуя безопасному перемещению рыбы вверх по течению. Ветряные турбины часто вращаются слишком быстро, чтобы птицы могли их увидеть, и птицы влетают в турбины и умирают.Сравните риски загрязнения ископаемым топливом с воздействием на окружающую среду этих более чистых источников топлива. По следующей ссылке представлена ​​более подробная информация о возобновляемых источниках энергии: https://www.nrel.gov/.

    использованная литература

    Кахан, Питер. Исследователь науки: движение, силы и энергия, река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2000.

    .

    Авторские права

    © 2004 Регенты Колорадского университета.

    Авторы

    Бейли Джонс; Мэтт Лундберг; Крис Якаки; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон

    Программа поддержки

    Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж Колорадского университета в Боулдере

    Благодарности

    Содержание этой учебной программы цифровой библиотеки было разработано в рамках гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Грант Министерства образования и Национального научного фонда ГК-12 №. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.

    Последнее изменение: 8 марта 2022 г.

    .

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.