Лабораторная работа по физике 7 класс «Определение КПД при подъёме по наклонной плоскости» сравнивает полезную работу по подъёму груза с работой силы, которую ты прикладываешь на самом деле. Измеряешь вес бруска, высоту, длину пути и силу тяги, считаешь две работы и делишь одну на другую. Самое частое место потери оценки здесь — перепутанные h и l, поэтому про них отдельный пункт в ошибках.
Номер в учебнике. В издании И. М. Перышкин, А. И. Иванов. Физика. 7 класс. Базовый уровень, 6-е изд., Просвещение, 2026 (с. 221–222) это работа № 12 «Определение КПД наклонной плоскости». В сетке и в старых учебниках название длиннее («…при подъёме по наклонной плоскости»), а номер может быть другим.
Цель и приборы
Цель: измерить вес, высоту подъёма, путь и силу тяги, вычислить полезную и затраченную работу и КПД наклонной плоскости.
Приборы: доска на штативе, брусок с нитью, динамометр, линейка или измерительная лента.
В нашей установке «Работа, мощность и простые механизмы» есть раздел «Работа № 12» с динамометром и доской: «Ход работы», «Записи» и «Разбор с ответами». В режиме «Как в жизни (с трением)» ты считаешь КПД с учётом трения, а «Разбор с ответами» помогает сверить расчёт.
Ход работы
- Подвесь брусок на динамометр вертикально и измерь вес P.
- Подними край доски на штативе, привяжи к бруску нить, зацепи динамометр. Тяга направлена вдоль доски.
- Измерь путь l вдоль доски между стартом и финишем и высоту h между этими же точками по вертикали.
- Тяни брусок вверх равномерно и запиши силу F, когда стрелка успокоилась.
- Вычисли полезную работу A_пол = P·h, затраченную A_зат = F·l и КПД η = A_пол / A_зат · 100 %.
- Запиши вывод. При желании измени наклон и повтори.
Таблица измерений
Шаблон для тетради. Длину и высоту переведи в метры. Динамометр на 5 Н с ценой деления 0,1 Н, линейка с миллиметровыми делениями: ΔP = ΔF = 0,1 Н, Δh = Δl = 1 мм.
| P, Н (±0,1) | h, м (±0,001) | A_пол = P·h, Дж | F, Н (±0,1) | l, м (±0,001) | A_зат = F·l, Дж | η, % |
|---|---|---|---|---|---|---|
Работы и КПД по учебнику записывают без вычисления погрешностей.
Как оформить вывод
Образец (числа учебные): «P = 1 Н, h = 0,300 м, l = 0,500 м, F = 0,8 Н. Полезная работа A_пол = 1·0,300 = 0,300 Дж, затраченная A_зат = 0,8·0,500 = 0,400 Дж. КПД η = 0,300 / 0,400 · 100 % = 75 %. КПД меньше 100 %, потому что часть работы совершается против силы трения между бруском и доской. Вывод: при подъёме по наклонной плоскости затраченная работа больше полезной, КПД равен 75 %.»
Шаблон: «A_пол = … Дж, A_зат = … Дж, η = … % . Затраченная работа больше полезной на … Дж, потому что … . Вывод: КПД наклонной плоскости при высоте … м и длине … м равен … % .»
Где ошибаются
- Берут силу при рывке. В момент трогания стрелка прыгает. Для расчёта нужна сила при равномерном подъёме.
- Подставляют горизонтальную проекцию вместо пути вдоль доски. В A_зат идёт длина l вдоль доски.
- Считают высоту от стола, а не между метками. h — вертикальная разность высот старта и финиша.
- Получают КПД больше 100 %. Это признак ошибки: чаще всего перепутаны P и F или h и l. Правильный КПД всегда меньше 100 %.
- Тянут не вдоль доски. Нить должна идти параллельно поверхности, иначе сила и путь не соответствуют формуле.
Шпаргалка за 30 секунд
Полезная работа
- Формула
- A_пол = P·h
- Ловушка
- h — вертикаль, не длина доски
Затраченная работа
- Формула
- A_зат = F·l
- Ловушка
- l — путь вдоль доски
КПД
- Формула
- η = A_пол / A_зат · 100 %
- Ловушка
- получить больше 100 %
Зависит ли КПД от наклона. Работа против трения равна μ·P·b, где b — горизонтальная длина доски под рабочим участком: b = √(l² − h²). Поэтому η = h / (h + μ·b). Правило «круче наклон — выше КПД» верно, только если брусок и поверхность те же (μ не меняется), а тянешь ты равномерно и вдоль доски. Учебный расчёт для l = 0,5 м и μ = 0,25: при h = 0,1 м КПД около 45 %, при 0,3 м — 75 %, при 0,4 м — около 84 %. В классе сравнивай сильно разные высоты: разница сил тяги должна быть больше погрешности динамометра ±0,1 Н, иначе вывод о наклоне делать нельзя.
Типичная ошибка в выводе: написать «КПД равен 75 %» без объяснения. Скажи, почему он меньше 100 %: часть работы идёт на преодоление трения.
Контрольные вопросы
- Что такое полезная работа в этом опыте? Работа по подъёму бруска на высоту h: A_пол = P·h.
- Что такое затраченная работа? Работа силы тяги на пути l вдоль доски: A_зат = F·l.
- Почему КПД меньше 100 %? Часть работы идёт на преодоление силы трения бруска о доску.
- Как изменится затраченная сила, если сделать доску более пологой? Сила тяги станет меньше, но путь вдоль доски больше: выигрыш в силе даёт проигрыш в пути.
- Какие единицы у КПД? Он безразмерный; в процентах его получают умножением на 100 %.
Следующий шаг: открой установку «Работа, мощность и простые механизмы», раздел «Работа № 12», и сверь свой расчёт с разбором. Теорию к работе читай в разделе работа, мощность, энергия за 7 класс. Экзаменационный вариант с рычагом и блоками — в 17 задании ОГЭ физика, комплект № 6. Расчёты можно разобрать на пробном занятии по физике.