Мощность показывает работу выполняемую за единицу времени

Методическое обоснование темы

Тема «Мощность. Единицы мощности» изучается в 7-м классе в III четверти после изучения темы «Работа. Единицы работы». Данная разработка состоит из конспекта урока по физике в 7-м классе по теме «Мощность. Единицы мощности» на основе системно-деятельностного подхода (методологической основы ФГОС ООО) с приложением технологической карты урока. Урок рассчитан на 45 минут. Разработка отвечает целям изучения физики в основной школе – развитие интересов и способностей учащихся на основе передачи им знаний и опыта познавательной деятельности; понимание учащимися смысла основных научных понятий и законов физики, взаимосвязи между ними; формирование у учащихся представлений о физической картине мира. Главной методической целью урока при системно-деятельностном обучении является создание условий для проявления познавательной активности учеников. Поэтому используются разнообразные формы, методы и приемы обучения, повышающие степень активности учащихся в учебном процессе, происходит неоднократная смена видов деятельности учащихся, представлены цели, содержание, приемы, методы и формы деятельности, используется развитие творческого мышления, взаимодействие обучающихся и преподавателя, средства обучения, организация рефлексии, итоги занятия. Использована балльная система оценивания знаний. Учебный материал связан с жизненными ситуациями.

Данная тема формирует первичное представление о мощности и важно основательное понимание учащимся основных понятий. Учащиеся вовлечены в основные мыслительные операции (анализ, синтез, обобщение); используются внутрипредметные и межпредметные связи (техника, математика); используется информация для общего развития (таблица мощностей).

Далее подразумевается проведение урока по решению задач на использование формул механической работы и механической мощности с целью закрепления и углубления полученных знаний.

Для реализации занятия используется презентация, материалы коллекции ЦОР, интерактивная доска с целью повышения быстрой воспримчивости информации учащимися, привлечения внимания и оперативной подачи материала учителем.

Методические рекомендации по проведению урока

Для проведения урока физики в 7 классе по теме «Мощность. Единицы мощности»используется УМК «Физика» Автор: А.В. Перышкин.[1] Эту разработку целесообразно провести вторым уроком по разделу «Работа и мощность. Энергия» после темы «Механическая работа. Единицы работы». Для реализации занятия нужно использовать информационно-коммуникационные технологии в виде презентации, материалов коллекции ЦОР, интерактивной доски. Для актуализации, повышения интереса к предмету и связи с жизненными ситуациями в приложении приведены карточки заданий, которые предлагаются для решения индивидуально или по парам по одной карточки. Далее нужно провести урок по решению задач на использование формул механической работы и механической мощности с целью закрепления и углубления полученных знаний.

Конспект разработки урока в 7 классе по теме «Мощность. Единицы мощности»

Цель урока: формирование у учащихся понятие «мощность», добиться усвоения связи между физическими величинами: мощность и работа, мощность и время; ввести единицу измерения мощности.

Задачи:

• образовательные: Формировать умения анализировать, сравнивать, переносить знания в новые ситуации, планировать свою деятельность при построении ответа, выполнении заданий и поисковой деятельности.
• развивающие: Развивать умения строить самостоятельные высказывания в устной речи на основе усвоенного учебного материала, развитие практических навыков.
• воспитательные: создать условия для положительной мотивации при изучении физики, используя разнообразные приемы деятельности, сообщая интересные сведения; воспитывать чувство уважения к собеседнику, индивидуальной культуры общения.

Организация продуктивной деятельности для достижения учащимися следующих УУД:

Личностных: Способствовать саморазвитию и самообразованию учащихся на основе мотивации к обучению и познанию, формировать целостную картину мира, осознанное, уважительное и доброжелательное отношение к другому человеку, его мнению, умение контролировать процесс и результат деятельности (в частности, за счет рефлексии).

Метапредметных:

• Коммуникативные: Организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками.
• Познавательные: Выделять существенную информацию, формировать исследовательские действия, применять и преобразовывать знаково-символические средства для решения задач.
• Регулятивные: Самостоятельно планировать пути достижения целей, осознано выбирать эффективные способы решения задач, формировать умение работать с ЭОР.

Предметных: Понимать смысл понятия мощность, физической величины мощность, ее единиц измерения, делать выводы на основе экспериментальных данных, приводить примеры практического применения мощности, способов его уменьшения и увеличения, решать задачи на применение мощности, использовать приобретенные знания в повседневной деятельности для нахождения мощности.

Тип урока: урок «открытия» новых знаний и формирования знаний, умений, навыков.

Формы работы учащихся: индивидуальная, фронтальная, работа в парах.

Методы обучения: эвристический, объяснительно-иллюстративный, проблемный, практические задания, решение задачи физического содержания.

Межпредметные связи: техника, математика, история

Техническое оборудование: компьютер с выходом в Интернет, проектор, интерактивная доска.

Лабораторное оборудование для проведения опытов на парте учащихся: деревянный брусок, динамометр, металлический цилиндр.

План урока:

1. Организационный момент (1-2 мин.);
2. Актуализация и проверка знаний (10 мин.);
3. Изучение нового материала (12-13 мин.);
4. Этап исследовательской работы учащихся (7 мин.);
5. Физкультминутка (1 мин.);
6. Этап обобщения и закрепления нового материала (8-10 мин.);
7. Заключительный этап: домашнее задание, итоги урока (2 мин.);
8. Рефлексия (1 мин.).

Ход урока

I. Организационный момент (1-2 мин.)

(приветствие, проверка готовности учащихся к уроку, ознакомление учащихся с планом урока, с системой оценивания)

II. Актуализация и проверка знаний (10 мин.)

• От каких величин зависит механическая работа? Как найти механическую работу?
• Назовите единицу работы в системе СИ.
• Какие еще единицы работы вы знаете?
• В каких случаях работа силы: положительна, отрицательна, равна нулю?
• Выразите в единицы системы СИ: 0,4 кДж, 1,5 кДж, 0,06 МДж, 0,002 МДж, 23 МДж
• переведите в кДж: 432 000 Дж, 35 400 Дж, 5 650 000Дж, 120 000 Дж.

Работа по карточкам (приложение у автора).

III. Изучение нового материала (12-13 мин.)

Проблема:

• Первый подъемный кран поднимает плиту массой 3 т на высоту 15 м за 1 минуту. Определите, какую работу совершает кран за 1 с?
• Второй подъемный кран поднимает плиту массой 5 т на высоту 15 м за 2 минуты. Определите работу крана за 1 с?

Если два крана выполняют одинаковую работу, какой из них быстрее справится?

Ответ: 1 кран справиться с работой быстрее, так как за 1 секунду выполняет больше работы.

Вывод: работа совершаемая кранами за 1секунд, различна.

• Одинаковую ли работу совершат человек и экскаватор при рытье траншеи, если ширина, глубина и длина траншей одинаковы? Есть ли отличия в совершенной работе?
• Одинаковую ли работу совершат лошадь и трактор при вспашке участка, если ширина и длина участков одинаковы? Есть ли отличия в совершенной работе?
• Приведите примеры из собственного опыта, иллюстрирующие ситуацию, когда одна и та же работа совершатся за разное время.

Ответ: человек выполнить работу дольше, экскаватор быстрее; лошадь выполнить работу дольше, трактор быстрее.

Вывод: на совершение одинаковой работы требуется различное время.

Значит, необходимо ввести величину, которая бы характеризовала быстроту выполнения работы.

Такая величина в физике называется – мощность.

Тема нашего урока – Мощность. Единицы мощности.

Работа с классом по усвоению понятия «мощность».

Определим эту величину.

Понятие мощности:

Мощность равна отношению работы, совершаемой в течение некоторого времени, к этому времени

(http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/b1917a21-6e54-4f24-a18a-dd809ab48311/7_115.swf )

N – мощность (Вт)
А – работа (Дж)
t – время (с)

Вывод: у кранов – различная мощность; у человека и экскаватора, лошади и трактора и др. – различная мощность.

В системе СИ Единицей мощности является ватт (1 Вт). 1 Вт – это мощность, при которой работа в 1Дж совершается за 1с. Называется такая единица Ватт. (Мультимедийный учебник физики 7 класса А.В. Перышкина)

1 Ватт = 1 Джоуль / 1 секунда

1 Вт = 1 Дж / 1 с

Используются дольные и кратные единицы:

1 мВт = 0,001 Вт

1 кВт = 1000 Вт

1 МВт = 1 000 000 Вт

IV. Этап исследовательской работы учащихся (7 мин.)

Фронтальные опыты (инструктаж по его выполнению)[2]

Опыт 1. Определение мощности, развиваемой человеком при перемещении груза.

Цель опыта: научиться вычислять мощность.

При помощи динамометра равномерно переместить брусок по столу на расстояние 30-40 см. Измерить время, за которое переместили брусок. Определить действующую силу, работу выполняемую силой. Рассчитать мощность, которую развивали при перемещении груза.

Опыт 2. Определение мощности, развиваемый человеком при подъеме груза.

Цель опыта: научиться вычислять мощность.

Поставить металлический цилиндр на пол. Равномерно поднимать цилиндр с помощью динамометра на стол. Чему равна сила? Чему равна высота, на которую подняли цилиндр? Найти работу выполняемую силой. Рассчитать мощность, которую развивали при поднятии цилиндра.

V. Физкультминутка

Учащиеся под музыку перемешиваются и группируются в пары и отвечают на вопросы «да» или «нет» (микс пеа-шеа).

Выбери правильные утверждения

• Мощность характеризует скорость выполнения работы.
• Мощность показывает работу, выполняемую за единицу времени.
• Мощность это работа и определяется временем его выполнения.
• Чем меньше работа, выполняемая за определенное время, тем меньше мощность.
• Чем меньше работа, выполняемая за 1 с, тем меньше мощность.
• Чем больше времени нужно для выполнения работы, тем меньше мощность.

VI. Этап обобщения и закрепления нового материала (8-10 мин.)

А теперь давайте попытаемся разобраться, какая связь существует между работой и мощностью; работой и временем.

1. Дизель трактора «КИРОВЕЦ» работу равную 3,3 МДж выполнил за 15 c.
   Автомобиль ЗИЛ-130 работу равную 3,3 МДж выполнил за 30 с.
   Найдите мощности машин.

2. Вертолет Ми-4 за 10 c выполнил работу равную 12 МДж,
   Вертолет Ка-18 за 10 cвыполнил работу равную 2,06 МДж.
   Найдите мощности вертолетов.

Проверь ответы по Таблице мощностей[3]

НАЗВАНИЕ	Мощность
кВт	Л.с.
Мотороллер	4,4	6
Мотоцикл «ИЖ Планета»	13	18
Трактор ДТ-20	13	18
Автомобиль ГАЗ-51	50	70
Автомобиль ЗИЛ	110	150
Вертолет Ка-18	206	280
Дизель трактора «КИРОВЕЦ»	220	300
Самолет Ан-2	740	1000
Вертолет Ми-8	2200	3000
Самолет Ил-14М	2800	3800
Тепловоз	4400	6000
Атомный ледокол «Сибирь»	55100	75000
Ракета-носитель	44000000	60000000

Учащиеся самостоятельно формулируют выводы:

• если работы одинаковы – чем больше время, тем меньше мощность.
• если время одинаково – чем больше работа, тем больше мощность.

Вывод: мощность показывает, какая работа совершается за 1 с.

Выступление ученика – «Что такое «лошадиная сила?»

Решение задачи из коллекции ЦОР (интерактивная задача) [4]

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/6830604c-3433-4a75-85bc-cdb5a63385ec/7_112.swf – Какова полезная мощность подъемного механизма при равномерном подъеме бетонного блока.

VII. Заключительный этап: домашнее задание, итоги урока (выставление оценок) (2 мин.)

1. § 54 изучить, упр. 29 выполнить

2. Задание из карточки (раздаются учащимся)

Выразите в единицы системы СИ: 0,6 кВт, 1,7 кВт, 0,05 МВт, 0,023 МВт, 67 МДж, 290000 мВт

Переведите в кВт: 345 000 Вт, 76 100 Вт, 1 650 000 Вт, 560 000 Вт.

3. Выясните, какую мощность имеют бытовые приборы, используемые в вашем доме.

Критерии оценок

За правильное выполнение задания из карточек и ответы на вопросы – 3 балла

Правильное решение задач о кранах – 2 балла

Правильное определение мощности в практической части – 2 балла

Правильные выводы – 3 балла

• 9-10 баллов – оценка «5»
• 7-8 баллов – оценка «4»
• 5-6 баллов – оценка «3»
• 1-4 балла – оценка «2»

VIII. Рефлексия (2 мин.)

• Я понял, что…
• Я научился…
• Меня удивило…
• Мне захотелось…

Ответы оформляются на листочках и передаются преподавателю.

Список литературы и интернет-источников:

1. Перышкин А.В. , «Физика» 7 класс, – М.: «Дрофа», 2014.
2. Минькова Р.Д., Панаиоти. Тематическое и поурочное планирование по физике, – М.: 2004.
3. Енохович А.С., Справочник по физике и технике: Учебное пособие для учащихся, – М.: 1989.
4. Коллекция ЦОР.

Определение мощности

Допустим, нам необходимо убрать урожай пшеницы с поля площадью 100 га. Это можно сделать вручную или с помощью комбайна. Очевидно, что пока человек обработает 1 га площади, комбайн успеет сделать намного больше. В данном случае разница между человеком и техникой — именно то, что называют мощностью. Отсюда вытекает первое определение.

Рассмотрим другой пример: между точкой А и точкой Б расстояние 15 км, которое человек проходит за 3 часа, а автомобиль может проехать всего за 10 минут. Понятно, что одно и то же количество работы они сделают за разное время. Что показывает мощность в данном случае? Как быстро или с какой скоростью выполняется некая работа.

В электромеханике эта величина имеет еще одно определение.

Напомним, что скалярными величинами называются те, значение которых выражается только числом (без вектора направления).

Мощность человека в зависимости от деятельности

Как обозначается мощность: единицы измерения

В таблице выше вы увидели обозначение в ваттах, и читая инструкции к бытовой технике, можно заметить, что среди характеристик прибора обязательно указано количество ватт. Это единица измерения механической мощности, используемая в международной системе СИ. Она обозначается буквой W или Вт.

Измерение мощности в ваттах было принято в честь шотландского ученого Джеймса Уатта — изобретателя паровой машины. Он стал одним из родоначальников английской промышленной революции.

В физике принято следующее обозначение мощности: 1 Вт = 1 Дж / 1с.

Это значит, что за 1 ватт принята мощность, необходимая для совершения работы в 1 джоуль за 1 секунду.

В каких единицах еще измеряется мощность? Ученые-астрофизики измеряют ее в эргах в секунду (эрг/сек), а в автомобилестроении до сих пор можно услышать о лошадиных силах.

Интересно, что автором этой последней единицы измерения стал все тот же шотландец Джеймс Уатт. На одной из пивоварен, где он проводил свои исследования, хозяин накачивал воду для производства с помощью лошадей. И Уатт выяснил, что 1 лошадь за секунду поднимает около 75 кг воды на высоту 1 метр. Вот так и появилось измерение в лошадиных силах. Правда, сегодня такое обозначение мощности в физике считается устаревшим.

Одна лошадиная сила — это мощность, необходимая для поднятия груза в 75 кг за 1 секунду на 1 метр. 🐴

Подготовка к ОГЭ по физике онлайн поможет снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Все формулы мощности

Зная определения, несложно понять формулы мощности, используемые в разных разделах физики — в механике и электротехнике.

В механике

Механическая мощность (N) равна отношению работы ко времени, за которое она была выполнена.

Основная формула:

N = A / t, где A — работа, t — время ее выполнения.

Если вспомнить, что работой называется произведение модуля силы, модуля перемещения и косинуса угла между ними, мы получим формулу измерения работы.

Если направления модуля приложения силы и модуля перемещения объекта совпадают, угол будет равен 0 градусов, а его косинус равен 1. В таком случае формулу можно упростить:

A = F × S

Используем эту формулу для вычисления мощности:

N = A / t = F × S / t = F × V

В последнем выражении мы исходим из того, что скорость (V) равна отношению перемещения объекта на время, за которое это перемещение произошло.

В электротехнике

В общем случае электрическая мощность (P) говорит о скорости передачи энергии. Она равна произведению напряжения на участке цепи на величину тока, проходящего по этому участку.

P = I × U, где I — сила тока, U — напряжение.

В электротехнике существует несколько видов мощности: активная, реактивная, полная, пиковая и т. д. Но это тема отдельного материала, сейчас же мы потренируемся решать задачи на основе общего понимания этой величины. Посмотрим, как найти мощность, используя вышеуказанные формулы по физике.

Задача 1

Допустим, человек поднимает ведро воды из колодца, прикладывая силу 60 Н. Глубина колодца составляет 10 м, а время, необходимое для поднятия — 30 сек. Какова будет мощность человека в этом случае?

Решение:

Найдем вначале величину работы, используя тот факт, что мы знаем расстояние перемещения (глубину колодца 10 м) и приложенную силу 60 Н.

A = F × S = 60 Н × 10 м = 600 Дж

Когда известно значение работы и времени, найти мощность несложно:

N = A / t = 600 Дж / 30 сек = 20 Вт

Ответ: мощность человека при поднятии ведра — 20 ватт.

Задача 2

В комнате включена лампа мощностью 100 Вт. Напряжение домашней электросети — 220 В. Какая сила тока проходит через эту лампу?

Решение:

Мы знаем, что Р = 100 Вт, а U = 220 В.

Поскольку P = I × U, следовательно I = P / U.

I = 100 / 220 = 0,45 А.

Ответ: через лампу пройдет сила тока 0,45 А.

Вопросы для самопроверки

1. Что характеризует механическая мощность?

2. Какие существуют единицы измерения мощности в физике?

3. Какая из единиц измерения считается устаревшей?

4. Мощность можно назвать скалярной величиной? Что это означает?

5. Как из формулы нахождения мощности получить работу?

6. Какой буквой обозначается мощность в механике, а какой — в электротехнике?

7. Какую работу производит за 30 минут устройство мощностью 600 Вт?

8. Как узнать напряжение в сети, если мы знаем мощность подключенного к ней прибора и силу тока, проходящую через прибор?

9. Если в течение 1 часа автомобиль №1 едет со скоростью 60 км/ч, а автомобиль №2 — со скоростью 90 км/ч, одинаковую ли мощность они развивают в это время?

10. Допустим, автобус отвез пассажиров из города А в город В за 1 час. Если он планирует вернуться в город А пустым по той же трассе и потратить на это 1 час, ему понадобится развить такую же мощность или меньшую?

Содержание:

Мощность:

Одинаковую работу можно совершить за разные промежутки времени. Например, можно поднять груз за минуту, а можно поднимать этот же груз в течение часа.

Физическую величину, равную отношению совершенной работы

Единицей мощности в SI является джоуль в секунду (Дж/с), или ватт (Вт), названный так в честь английского изобретателя Дж. Уатта. Один ватт — это такая мощность, при которой работу в 1 Дж совершают за 1 с. Итак,

Человек может развивать мощность в сотни ватт. Чтобы оценить, насколько могущество человеческого разума, создавшего двигатели, больше «могущества» человеческих мускулов, приведем такие сравнения:

• мощность легкового автомобиля примерно в тысячу раз больше средней мощности человека;
• мощность авиалайнера примерно в тысячу раз больше мощности автомобиля;
• мощность космического корабля примерно в тысячу раз больше мощности самолета.

Мощность

Механическая работа всегда связана с движением тел. А движение происходит во времени. Поэтому и выполнение работы, как и превращение механической энергии, всегда происходит на протяжении определенного времени.

Работа выполняемая на протяжении определенного времени:

Простейшие наблюдения показывают, что время выполнения работы может быть разным. Так, школьник может подняться по лестнице на пятый этаж за 1-2 мин, а пожилой человек — не меньше чем за 5 мин. Грузовой автомобиль КрАЗ может перевезти определенный груз на расстояние 50 км за 1 ч. Но если этот груз частями начнет перевозить легковой автомобиль с прицепом, то потратит на это не меньше 12 ч.

Для описания процесса выполнения работы, учитывая его скорость, используют физическую величину, которая называется мощностью.

Что такое мощность

Мощность — это физическая величина, которая показывает скорость выполнения работы и равна отношению работы ко времени, за которое эта работа выполняется.

Так как при выполнении работы происходит превращение энергии, то можно считать, что мощность характеризует скорость превращения энергии.

Как рассчитать мощность

Для расчета мощности нужно значение работы разделить на время, за которое эта работа была выполнена:

Если мощность обозначить латинской буквой , то формула для расчета мощности будет такой

Единицы мощности

Для измерения мощности используется единица ватт (Вт). При мощности 1 Вт работа 1 Дж выполняется за 1 с:

Единица мощности названа в честь английского механика Джеймса Уатта, который внес значительный вклад в теорию и практику построения тепловых двигателей.

Джеймс Уатт (1736-1819) — английский физик и изобретатель. 

Главная заслуга Уатта в том, что он отделил водяной конденсатор от нагревателя и сконструировал насос для охлаждения конденсатора. Фактически он увеличил разность температур между нагревателем и конденсатором (холодильником), благодаря чему увеличил экономичность паровой машины. Позже теоретически это обоснует Сади Карно.

Он один из первых высказал предположение, что вода — это сложное вещество, состоящее из водорода и кислорода.

Как и для других физических величин, для единицы мощности существуют производные единицы:

Пример №1

Определить мощность подъемного крана, если работу 9 МДж он выполняет за 5 мин.

Дано:

Решение

По определению  поэтому

Ответ. Мощность крана 30 кВт.

Пример №2

Человек массой 60 кг поднимается на пятый этаж дома за 1 мин. Высота пяти этажей дома равна 16 м. Какую мощность развивает человек?

Дано:

Решение

По определению 

Работа определяется 

Тогда 

Ответ. Человек развивает мощность 160 Вт.

Зная мощность и время, можно рассчитать работу:

Скорость движения зависит от мощности

Мощность связана со скоростью соотношением:

где — сила, которая выполняет работу; — скорость движения.

Если известны мощность двигателя и значения сил сопротивления, то можно рассчитать возможную скорость автомобиля или другой машины, которая выполняет работу:

Таким образом, из двух автомобилей при равных силах сопротивления большую скорость будет иметь тот, у которого мощность двигателя больше.

Каждый конструктор знает, что для увеличения скорости движения автомобиля, самолета или морского корабля нужно или увеличивать мощность двигателя, или уменьшать силы сопротивления. Поскольку увеличение мощности связано с увеличением потребления топлива, то средствам современного транспорта, как правило, придают специфическую обтекаемую форму, при которой сопротивление воздуха будет наименьшим, а все подвижные части изготавливают так, чтобы сила трения была минимальной.

Итоги:

• Существуют два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная.
• Если тело перемещается или деформируется под действием силы, то выполняется механическая работа.
• Простыми механизмами являются рычаги и блоки.
• Ни один простой механизм не дает выигрыша в работе.
• Качество механизма определяется коэффициентом полезного действия, который определяет часть полезной работы в общей выполненной работе.
• Тело, при перемещении которого может быть выполнена работа, обладает энергией.
• Взаимодействующие тела обладают потенциальной энергией.
• Движущееся тело обладает кинетической энергией, которая зависит от скорости и массы тела.
• Потенциальная и кинетическая энергии могут превращаться друг в друга. Такие превращения происходят в равной мере, если отсутствуют силы трения.
• Сумму кинетической и потенциальной энергий называют полной механической энергией системы.
• В замкнутой системе при отсутствии сил трения сумма кинетической и потенциальной энергий остается постоянной.
• Закон сохранения и превращения энергии подтверждает невозможность существования вечного двигателя (perpetuum mobile).
• Мощность характеризует скорость превращения одного вида энергии в другой.

Механическая работа и мощность

где F — значение силы, действующей на тело; s — модуль перемещения тела.

Если сила F постоянна, а перемещение прямолинейное (рис. 2.65), то работа

где s = — угол между направлением действия силы и перемещения.

Робота является величиной скалярной. Произведение — проекция действующей силы на направление перемещения.

Легко заметить, что если < 90°, то работа силы положительная, при = 90° (сила перпендикулярна к перемещению) работа равна нулю, а при — отрицательная.

Пример №3

Девочка тянет санки равномерно, прикладывая к веревке силу 50 Н. Веревка натягивается под углом 30° к горизонту (рис. 2.66). Какую работу выполнит девочка, переместив санки на 20 м?
Дано:

F = 50 Н,

s = 20 м, = 30°.
А-?
 

Решение

По определению

Соответственно
Ответ: А = 870 Дж (работа силы положительная, поскольку cos 30° > 0).

• Заказать решение задач по физике

Пример №4

Решим предыдущую задачу для случая, когда девочка удерживает санки, съехавшие с горки (рис. 2.67). В данном случае = 150°.
Дано:

F = 50 Н, s = 20 м,

= 150°.

А — ?
 

Решение

А = Fscosa;

Таким образом, в зависимости от направления действия силы по отношению к перемещению работа может иметь положительные и отрицательные значения.

Например, работа, которую выполняет двигатель автомобиля, будет положительной, поскольку направление силы тяги автомобиля совпадает с направлением его движения. Положительной будет и работа человека, поднимающего какой-либо груз с земли на определенную высоту. Силы трения, действующие на автомобиль, выполняют отрицательную работу, поскольку направлены в противоположном направлении к перемещению.

Возможны случаи, когда работа равна нулю, хотя перемещение тела происходит. Например, если = 90°, то работа силы равна нулю, поскольку cos90° = 0. Сила тяжести, действующая на спутник Земли, который движется по круговой орбите, работы не выполняет.

Мощность — это физическая величина, характеризующая скорость совершения работы. Поскольку во время выполнения работы происходит превращение энергии, можно сделать вывод, что мощность показывает скорость превращения одного вида энергии в другой.

В механике мощность обозначают буквой N и рассчитывают по формуле

N= — =—,

t t

где — изменение энергии; А — работа; t — время.

Если известны мощность и время, за которое совершена работа, то можно рассчитать и саму работу:
A = Nt.

Основная единица измерения мощности — ватт (Вт):

Всё о мощности

Одна и та же работа в разных случаях может быть выполнена за различные промежутки времени, т. е. она может совершаться неодинаково быстро. Например, при подъеме груза на определенную высоту подъемным краном (рис. 148) будет затрачено гораздо меньше времени, чем при использовании лебедки.

Для характеристики процесса выполнения работы важно знать не только ее численное значение, но и время, за которое она выполняется. Очевидно, что чем меньшее время требуется для выполнения данной работы, тем эффективнее работает машина, механизм и др.

Величина, характеризующая быстроту совершения работы, называется мощностью. Ее обычно обозначают буквой Р.

Если в течение промежутка времени Δt была совершена работа А, то средняя мощность равна отношению работы к этому промежутку времени:

Из определения видно, что мощность численно равна работе, совершаемой в единицу времени. Таким образом, единицей мощности является джоуль в секунду  . Эта единица получила название ватт (Вт): 1 Вт = 1 . Это название дано в честь английского ученого Джеймса Уатта — изобретателя универсального парового двигателя. Уаттом была впервые введена единица мощности, которая и до сих пор используется для характеристики мощности различных двигателей — 1 лошадиная сила (1 л. с. = 736 Вт).

Понятно, что во времена Уатта на заре технической революции мощность построенной паровой машины было естественно сравнить с мощностью лошади — единственным в то время «двигателем».

Может ли человек развивать мощность, равную 1 л. с.? Ответ на этот вопрос положительный. Рассмотрим разбег спортсмена на короткие дистанции. Хорошие спортсмены дистанцию в 100 м пробегают за 10 с, т. е. их средняя скорость 10 . Разбег длится 3 с, а работа A, которую совершают мышцы спортсмена, не может быть меньше, чем кинетическая энергия , приобретенная им за время разбега. Следовательно, средняя мощность не меньше, чем

Если предположить, что масса спортсмена т = 80 кг, то

Разумеется, развивать такую мощность длительное время не сможет даже очень тренированный человек.Если известна мощность, то работа выражается равенством:
A = P∆t.    (2)

Это позволяет ввести еще одну единицу работы (а значит, и энергии) следующим путем. За единицу работы можно принять работу, которая совершается некоторой силой в течение 1 с при мощности в 1 Вт. Она называется ватт-секундой. Понятно, что 1 Вт^.c = 1 Дж. Часто используются более крупные внесистемные единицы работы и энергии: киловатт-час (кВт^.ч) и мегаватт-час (МВт ^. ч):

1 кВт ^.ч= 1000кВт^.3600 с = 3,6∙ 10⁶ Дж;

1 МВт^.ч= 1000кВт^.3600 с = 3,6∙ 10⁹ Дж.

При движении любого тела на него в общем случае действует несколько сил. Каждая сила совершает работу, и, следовательно, для каждой силы мы можем вычислить мощность.

Наиболее общее выражение для работы постоянной силы, направленной под углом к направлению движения. А = F∆rcos. Поэтому средняя мощность этой силы:
   (3)

так как — модуль средней скорости тела.

Ясно, что если модуль силы в некоторой момент времени равен F и модуль мгновенной скорости υ, а угол между ними , то мгновенное значение мощности этой силы:
P = Fυcos.    (4)

Как следует из формулы (4), при заданной мощности мотора сила тяги тем меньше, чем больше скорость движения автомобиля. Вот почему водители при подъеме в гору, когда нужна наибольшая сила тяги, переключают двигатель на пониженную передачу. Для движения по горизонтальному участку с постоянной скоростью достаточно, чтобы сила тяги преодолевала силу сопротивления движению. Формула (4) позволяет объяснить, что быстроходные поезда, автомобили, корабли, самолеты нуждаются в двигателях большой мощности и конструкции, обеспечивающей как можно меньшую силу сопротивления.

Любой двигатель или механическое устройство предназначены для выполнения определенной механической работы. Эта работа называется полезной работой. Для двигателя автомобиля — это работа по его перемещению, для токарного станка — работа по вытачиванию детали и т. п.
В любой машине, в любом двигателе полезная работа всегда меньше той энергии, которая затрачивается для приведения их в действие, потому что всегда существуют силы трения, работа которых приводит к нагреванию каких-либо частей устройства. А нагревание нельзя считать полезным результатом действия машины.

Поэтому каждое устройство характеризуется особой величиной, которая показывает, насколько эффективно используется подводимая к нему энергия. Эта величина называется коэффициентом полезного действия (КПД) и обычно обозначается греческой буквой η (эта).

Коэффициентом полезного действия называется отношение полезной )аботы, совершенной машиной за некоторый промежуток времени, ко всей утраченной работе (подведенной энергии) за тот же промежуток времени:
   (5)

Коэффициент полезного действия обычно выражается в процентах, поскольку и полезную, и затраченную работы можно представить как произведение мощности на промежуток времени, в течение которого работала машина, то коэффициент полезного действия можно определить следующим образом:

где P_n и Р₃ — полезная мощность и затраченная мощность соответственно.

Главные выводы:

1. Мощность численно равна работе, которую совершает сила в единицу времени.
2. Мощность силы равна произведению силы на скорость тела и косинус угла между направлением силы и скорости в данный момент времени.
3. Коэффициентом полезного действия называется отношение полезной работы, совершенной машиной за некоторый промежуток времени, ко всей затраченной работе (подведенной энергии) за тот же промежуток времени.

Тема урока: «Мощность. Единицы мощности»

Класс: 7

Учитель: Бутанец Елена Ивановна

Методическое обоснование темы

Данная разработка состоит из конспекта урока по физике в 7-м классе по теме «Мощность. Единицы мощности» на основе системно-деятельностного подхода (методологической основы ФГОС ООО) Урок рассчитан на 40 минут. Разработка отвечает целям изучения физики в основной школе – развитие интересов и способностей учащихся на основе передачи им знаний и опыта познавательной деятельности; понимание учащимися смысла основных научных понятий и законов физики, взаимосвязи между ними; формирование у учащихся представлений о физической картине мира. Главной методической целью урока при системно-деятельностном обучении является создание условий для проявления познавательной активности учеников. Поэтому используются разнообразные формы, методы и приемы обучения, повышающие степень активности учащихся в учебном процессе, происходит неоднократная смена видов деятельности учащихся, представлены цели, содержание, приемы, методы и формы деятельности, используется развитие творческого мышления, взаимодействие обучающихся и преподавателя, средства обучения, организация рефлексии, итоги занятия. Использована балльная система оценивания знаний. Учебный материал связан с жизненными ситуациями.

Данная тема формирует первичное представление о мощности и важно основательное понимание учащимся основных понятий. Учащиеся вовлечены в основные мыслительные операции (анализ, синтез, обобщение); используются внутрипредметные и межпредметные связи (техника, математика); используется информация для общего развития (таблица мощностей).

Далее подразумевается проведение урока по решению задач на использование формул механической работы и механической мощности с целью закрепления и углубления полученных знаний.

Для реализации занятия используется презентация, материалы коллекции ЦОР, интерактивная доска с целью повышения быстрой воспримчивости информации учащимися, привлечения внимания и оперативной подачи материала учителем.

Методические рекомендации по проведению урока

Для проведения урока физики в 7 классе по теме «Мощность. Единицы мощности»используется УМК «Физика» Автор: А.В. Перышкин.[1] Эту разработку целесообразно провести вторым уроком по разделу «Работа и мощность. Энергия» после темы «Механическая работа. Единицы работы». Для реализации занятия нужно использовать информационно-коммуникационные технологии в виде презентации, материалов коллекции ЦОР, интерактивной доски. Далее нужно провести урок по решению задач на использование формул механической работы и механической мощности с целью закрепления и углубления полученных знаний.

Конспект разработки урока в 7 классе по теме

 «Мощность. Единицы мощности»

Цель урока: формирование у учащихся понятие «мощность», добиться усвоения связи между физическими величинами: мощность и работа, мощность и время; ввести единицу измерения мощности.

Задачи:

Образовательные:

1)  формирование у учащихся понятие «мощность»,

2) добиться усвоения связи между физическими величинами: мощность и работа, мощность и время;.

3) ввести единицу измерения мощности.

Развивающие:

1)развивать  умения анализировать, сравнивать, переносить знания в новые ситуации;

2) развивать умения строить самостоятельные высказывания в устной речи на основе усвоенного учебного материала, развитие практических навыков

3) развивать интерес учащихся к физике, используя экспериментальные задания.

Воспитательные:

1) воспитывать навыки коллективной работы;

2)воспитывать чувство уважения к собеседнику, индивидуальной культуры общения.

Организация продуктивной деятельности для достижения учащимися следующих УУД:

Личностных: Способствовать саморазвитию и самообразованию учащихся на основе мотивации к обучению и познанию, формировать целостную картину мира, осознанное, уважительное и доброжелательное отношение к другому человеку, его мнению, умение контролировать процесс и результат деятельности (в частности, за счет рефлексии).

Метапредметных:

• Коммуникативные: Организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками.
• Познавательные: Выделять существенную информацию, формировать исследовательские действия, применять и преобразовывать знаково-символические средства для решения задач.
• Регулятивные: Самостоятельно планировать пути достижения целей, осознано выбирать эффективные способы решения задач, формировать умение работать с ЭОР.

Предметных: Понимать смысл понятия мощность, физической величины мощность, ее единиц измерения, делать выводы на основе экспериментальных данных, приводить примеры практического применения мощности, способов его уменьшения и увеличения, решать задачи на применение мощности, использовать приобретенные знания в повседневной деятельности для нахождения мощности.

Тип урока: урок «открытия» новых знаний и формирования знаний, умений, навыков.

Формы работы учащихся: индивидуальная, фронтальная, работа в парах.

Методы обучения: эвристический, объяснительно-иллюстративный, проблемный, практические задания, решение задачи физического содержания.

Межпредметные связи: техника, математика, история

Техническое оборудование: компьютер с выходом в Интернет, проектор, интерактивная доска.

Лабораторное оборудование для проведения опытов на парте учащихся: деревянный брусок, динамометр, металлический цилиндр.

План урока:

1. Организационный момент (1-2 мин.);
2. Актуализация и проверка знаний (9 мин.);
3. Изучение нового материала (10 мин.);
4. Этап исследовательской работы учащихся (7 мин.);
5. Физкультминутка (1 мин.);
6. Этап обобщения и закрепления нового материала (8 мин.);
7. Заключительный этап: домашнее задание, итоги урока (2 мин.);
8. Рефлексия (1 мин.).

№	Название этапа, цель	Содержание этапа	Деятельность учителя	Деятельность учащихся	Результат. Формирование УУД:
1.	Самоопределение к учебной деятельности. Цель: мотивировать учащихся к учебной деятельности.	Организационный момент.	Приветствует учащихся, проверяет их готовность к уроку,ознакомление учащихся с планом урока, с системой оценивания.	Приветствуют учителя, проверяют свою готовность к уроку .	(Р)Волевая саморегуляция; (К) взаимодействие с учителем на этапе приветствия.
2.	Актуализация знаний и проверка знаний Цель:  Актуализировать мыслительные операции: анализ, сравнение, обобщение.	Проверка знаний: фронтальный опрос	Проводит параллель с ранее изученным материалом. Контролирует выполнение работы. Организует фиксацию индивидуальных затруднений и побуждает детей определить свою позицию. Учитель. А сейчас, вспомним, чем мы занимались на прошлом уроке. Давайте вспомним, какие два условия необходимы для совершения механической работы? Как найти механическую работу? Назовите единицу работы в системе СИ. Какие еще единицы работы вы знаете? В каких случаях работа силы: положительна, отрицательна, равна нулю? Выразите в единицы системы СИ: 0,4 кДж, 1,5 кДж, 0,06 МДж, 0,002 МДж, 23 МДж переведите в кДж: 432 000 Дж, 35 400 Дж, 5 650 000Дж, 120 000 Дж.	Отвечают на вопросы учителя. Выявляют закономерность…. 1) На тело должна действовать сила и под действием это силы тело должно перемещаться. 2) От приложенной силы и пройденного расстояния. 3) A = Fs 4) Дж. 5) 1 Дж – работа, которую совершает сила в 1 Н, при перемещении на 1 м. 6) кДж, МДж, мДж. 7) Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то (+). Наоборот (-). Движение по инерции, S =0, сила перпендикулярна направлению движения А = 0. 400 Дж, 1500 Дж, 60000 Дж, 2000 Дж, 23 000000Дж. 9) 432 кДж, 35, 4 кДж, 5 650 кДж, 120 кДж.	(Р) Самоконтроль: учатся отличать верно выполненное задание от неверного; осознание того, что уже усвоено и что ещё нужно усвоить, осознание качества и уровня усвоения; (К) умение выражать свои мысли с достаточной полнотой и точностью; умение слушать и понимать речь других; (П) формирование мыслительных операций: анализ, сравнение, обобщение.
3.	Постановка проблемы. Цель: 1) Выявить и зафиксировать в речи причину затруднений.  2) Согласовать цель  и тему урока.	3. Определение темы урока.	Организует подводящий к теме диалог. Проблема: Первый подъемный кран поднимает плиту массой 3 т на высоту 15 м за 1 минуту. Определите, какую работу совершает кран за 1 с? Второй подъемный кран поднимает плиту массой 5 т на высоту 15 м за 2 минуты. Определите работу крана за 1 с? Если два крана выполняют одинаковую работу, какой из них быстрее справится? Одинаковую ли работу совершат человек и экскаватор при рытье траншеи, если ширина, глубина и длина траншей одинаковы? Есть ли отличия в совершенной работе? Одинаковую ли работу совершат лошадь и трактор при вспашке участка, если ширина и длина участков одинаковы? Есть ли отличия в совершенной работе? Приведите примеры из собственного опыта, иллюстрирующие ситуацию, когда одна и та же работа совершатся за разное время. Значит, какую необходимо ввести величину, которая бы характеризовала быстроту выполнения работы? Какая тема нашего урока? Работа с классом по усвоению понятия «мощность». Определим эту величину. От чего зависит мощность?  (http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/b1917a21-6e54-4f24-a18a-dd809ab48311/7_115.swf ) N – мощность (Вт) А – работа (Дж) t – время (с) В системе СИ Единицей мощности является ватт (1 Вт). 1 Вт – это мощность, при которой работа в 1Дж совершается за 1с. Называется такая единица Ватт. (Мультимедийный учебник физики 7 класса А.В. Перышкина) 1 Ватт = 1 Джоуль / 1 секунда 1 Вт = 1 Дж / 1 с Используются дольные и кратные единицы: 1 мВт = 0,001 Вт 1 кВт = 1000 Вт 1 МВт = 1 000 000 Вт	Формулируют тему и задачи урока. Ответ: 1 кран справиться с работой быстрее, так как за 1 секунду выполняет больше работы. Вывод: работа совершаемая кранами за 1секунд, различна. Ответ: человек выполнить работу дольше, экскаватор быстрее; лошадь выполнить работу дольше, трактор быстрее. Вывод: на совершение одинаковой работы требуется различное время. Такая величина в физике называется – мощность. – Мощность. Единицы мощности.  Понятие мощности: Мощность равна отношению работы, совершаемой в течение некоторого времени, к этому времени Вывод: у кранов – различная мощность; у человека и экскаватора, лошади и трактора и др. – различная мощность.	(Р) Волевая саморегуляция в ситуации затруднения; учатся работать по предложенному учителем плану; определять и формулировать цель деятельности на уроке с помощью учителя. (К) умение выражать свои мысли с достаточной полнотой и точностью; умение слушать и понимать речь других; учитывать разные мнения. (П) умение ставить и формулировать проблему с помощью учителя.
4.	Первичное закрепление нового материала. Цель: закрепление усвоенных новых знаний и способов действий на уровне применения в измененной ситуации.	Этап исследовательской работы учащихся	организовать деятельность учащихся по открытию нового знания, к побуждению к самостоятельной исследовательской деятельности (новое знание обучающиеся получают в результате самостоятельного исследования); Фронтальные опыты (инструктаж по его выполнению)[2]	Цель опыта: ….. (научиться вычислять мощность). Опыт 1. Определение мощности, развиваемой человеком при перемещении груза. При помощи динамометра равномерно переместить брусок по столу на расстояние 30-40 см. Измерить время, за которое переместили брусок. Определить действующую силу, работу выполняемую силой. Рассчитать мощность, которую развивали при перемещении груза. Опыт 2. Определение мощности, развиваемый человеком при подъеме груза. Поставить металлический цилиндр на пол. Равномерно поднимать цилиндр с помощью динамометра на стол. Чему равна сила? Чему равна высота, на которую подняли цилиндр? Найти работу выполняемую силой. Рассчитать мощность, которую развивали при поднятии цилиндра.	(П): умение строить логическую цепь размышлений, умение  устанавливать причинно-следственные связи, вести поиск,  умение  выделять  необходимую информацию (К): умение интегрироваться в группах, осуществлять продуктивное взаимодействие с детьми и взрослыми, слушать, слышать, отслеживать действия партнёра, сотрудничать с партнёрами (Р): умение решать учебные проблемы, возникающие в ходе групповой работы, умение владеть навыками процессуального и прогностического самоконтроля, умение определять последовательность действий
5.	Изменить деятельность детей  и этим ослабить наступающее утомление Цель: снять усталость и напряжение;  обдумывание учащимися в коммуникативной форме полученных новых знаний.	Физкультминутка	Встаньте пожалуйста, задвиньте стулья, двигаемся под музыку. Как только музыка остановится, образуйте пару и обсудите вопрос:  «да» или «нет» (микс пеа-шеа). Ребята, вы хорошо поработали, пора подвигаться. Выбери правильные утверждения Мощность характеризует скорость выполнения работы. Мощность показывает работу, выполняемую за единицу времени. Мощность это работа и определяется временем его выполнения. Чем меньше работа, выполняемая за определенное время, тем меньше мощность. Чем меньше работа, выполняемая за 1 с, тем меньше мощность. Чем больше времени нужно для выполнения работы, тем меньше мощность.	задвигают стулья, двигаемся под музыку. Как только музыка остановится, образуют пару и обсуждают вопрос:  «да» или «нет» (микс пеа-шеа).	(Р)Формируют: -умение одновременно удерживать несколько видов деятельности: двигательную, речевую, мыслительную. (К)Обеспечивают — умение интегрироваться в группу сверстников  и строить продуктивное взаимодействие и сотрудничество со сверстниками (Л)Развивают умение применять в жизненных ситуациях и учебном процессе способы снятия напряжения, концентрации внимания, умение включаться в общую деятельность, развивать творческий потенциал.
6.	Цель:  — тренировать навыки использования нового содержания совместно с ранее изученным;  выявить причины ошибок и наметить пути коррекции.	Этап обобщения и закрепления нового материала	Организует самостоятельную работу. А теперь давайте попытаемся разобраться, какая связь существует между работой и мощностью; работой и временем. .	1)Выполняют самостоятельную работу. 2)Производят самоконтроль. Дизель трактора «КИРОВЕЦ» работу равную 3,3 МДж выполнил за 15 c. Автомобиль ЗИЛ-130 работу равную 3,3 МДж выполнил за 30 с. Найдите мощности машин. Вертолет Ми-4 за 10 c выполнил работу равную 12 МДж, Вертолет Ка-18 за 10 cвыполнил работу равную 2,06 МДж. Найдите мощности вертолетов. Учащиеся самостоятельно формулируют выводы: если работы одинаковы – чем больше время, тем меньше мощность. если время одинаково – чем больше работа, тем больше мощность. Вывод: мощность показывает, какая работа совершается за 1 с. Выступление ученика – «Что такое «лошадиная сила?»	(Л)  умение понимать  личную ответственность за результат, формирование учебной мотивации (Р)  умение осознавать что усвоено, что подлежит усвоению, а также качество и уровень усвоения, умение адекватно реагировать на трудности и не бояться сделать ошибку. (П) умение применять знания в новой ситуации
7	Представление результатов конструирования. Цель: Проверка качества полученных знаний.	Подведение итогов урока: 1)Соотнесение поставленных задач с достигнутым результатом. 2)Фиксация нового знания во внешней речи. Домашняя работа.    Подготовить свой мультфильм со своими персонажами.   Принести на любом носителе информации	1)Задаёт вопросы о задачах урока. 2)Побуждает к высказыванию мнения: чему научились? Домашняя работа. 1. § 54 изучить, упр. 29 выполнить 2. Задание из карточки (раздаются учащимся) Выразите в единицы системы СИ: 0,6 кВт, 1,7 кВт, 0,05 МВт, 0,023 МВт, 67 МДж, 290000 мВт Переведите в кВт: 345 000 Вт, 76 100 Вт, 1 650 000 Вт, 560 000 Вт. 3. Выясните, какую мощность имеют бытовые приборы, используемые в вашем доме. Критерии оценок За правильное выполнение задания из карточек и ответы на вопросы – 3 балла Правильное решение задач о кранах – 2 балла Правильное определение мощности в практической части – 2 балла Правильные выводы – 3 балла 9-10 баллов – оценка «5» 7-8 баллов – оценка «4» 5-6 баллов – оценка «3» 1-4 балла – оценка «2»	Отвечают на вопросы,  формируют конечный результат,  рассказывают, что узнали,  чему научились,  какие трудности испытали. Дают качественную оценку своей работы, записывают домашнее задание, получают консультацию	(Р)  Осознание качества и уровня усвоения; (П)  контроль и оценка процессов и результатов деятельности; (К) способность точно выражать свои мысли.
8.	Рефлексия учебной деятельности на уроке. Цель: организовать рефлексию и самооценку учениками собственной учебной деятельности.	Рефлексия.	Побуждает к высказыванию мнения: чему научились?	Я понял, что… Я научился… Меня удивило… Мне захотелось… Ответы оформляются на листочках и передаются преподавателю.	(Л) Умение оценивать себя на основе критерия успешности; (П) умение контролировать и оценивать процесс и результаты деятельности; (К) умение выражать свои мысли с достаточной полнотой и точностью.

Проверь ответы по Таблице мощностей[3]

НАЗВАНИЕ	Мощность
кВт	Л.с.
Мотороллер	4,4	6
Мотоцикл «ИЖ Планета»	13	18
Трактор ДТ-20	13	18
Автомобиль ГАЗ-51	50	70
Автомобиль ЗИЛ	110	150
Вертолет Ка-18	206	280
Дизель трактора «КИРОВЕЦ»	220	300
Самолет Ан-2	740	1000
Вертолет Ми-8	2200	3000
Самолет Ил-14М	2800	3800
Тепловоз	4400	6000
Атомный ледокол «Сибирь»	55100	75000
Ракета-носитель	44000000	60000000

Список литературы и интернет-источников:

1. Перышкин А.В. , «Физика» 7 класс, – М.: «Дрофа», 2014.
2. Минькова Р.Д., Панаиоти. Тематическое и поурочное планирование по физике, – М.: 2004.
3. Енохович А.С., Справочник по физике и технике: Учебное пособие для учащихся, – М.: 1989.
4. Коллекция ЦОР.