Описание экспериментальной установки
Прибор предcтавляет собой коллекторный электродвигатель мощностью около 40 Вт, рассчитанный на рабочее напряжение 220 В, смонтированный на горизонтальной панели, (рис.1).
Рисунок 1. Прибор для определения мощности электродвигателя
1 – электродвигатель 2 – реостат 3 – шкив
4 - счетчик оборотов 5 - динамометры
На панели установлены: стойка с продольной прорезью (по стойке перемещается планка с прикрепленными к ней двумя динамометрами), держатель шкалы счетчика оборотов и реостат.
Шкив охватывается ленточным тормозом, концы которого связаны с динамометрами, имеющими две шкалы. Ось электродвигателя выходит за торец шкива и имеет фрикционное соединение со счетчиком оборотов. Конструкция держателя дает возможность включить счетчик путем перемещения его в небольших пределах вдоль оси электродвигателя. Шкала счетчика имеет 100 делений. Каждое деление соответствует двум оборотам электродвигателя.
Поворотом верхнего кольца шкалы можно устанавливать указатель на нулевое деление шкалы.
Внимание! В процессе выполнения работы необходимо проявлять особую осторожность, в связи с тем, что:
1) используется быстро вращающееся тело;
2) на реостат подано напряжение 220 В.
Общие положения
При поступательном движении элементарная работа силы 
на элементарном перемещении 
равна скалярному произведению этих векторов
.
Мощность–скалярная физическая величина равная скорости совершения работы
.
При вращательном движении элементарная работа равна
,
где 
– главный вращающий момент; 
–угол поворота в радианах.
Следовательно, мощность
, (1)
где 
– угловая скорость.
Из формулы (1) видно, что мощность, развиваемая двигателем,
пропорциональна вращающему моменту Mд.
Из основного уравнения динамики вращательного движения 
следует, что при равномерном вращении (w = const), 
= 0 и = 0.
На шкив действует вращающий момент, создаваемый электродвигателем Mд и тормозящий момент Мт, создаваемый ленточным тормозом. При равномерном вращении
M = Mд - Mт = 0, и Mд = Mт.
Тогда из формулы (2) имеем, что
Mт = 
, (3)
где F1 , F2 – силы натяжения ленточного тормоза, R–радиус шкива.
В данной работе силы F2 и F1 перпендикулярны радиусу шкива R,
Поэтому вращающий момент создаваемый электродвигателем равен
. (4)
Если за время 
шкив совершает N оборотов (определяется счетчиком оборотов), то угловая скорость
. (5)
Подставляя выражения (4) и (5) в формулу (1) можно рассчитать мощность, развиваемую валом электродвигателя:
. (6)
Порядок выполнения работы
1. Измерить диаметр деревянного шкива штангенциркулем.
2. Планку с динамометрами закрепить в прорези таким образом, чтобы указатели
динамометров устанавливались на 0,3 Н.
3. Установить реостат в среднее положение.
4. Включить прибор в сеть.
5. Снять показания динамометров 
, 
.
6. В момент совпадения нулевого деления шкалы счетчика с указателем кольца
пускают секундомер. Отсчитав по шкале счетчика 1000 оборотов, секундомер
останавливают.
7. Выключить двигатель, (не изменяя положение реостата), переместить
динамометры на 0,3 Н, чтобы нагрузка увеличилась и снова выполнить
пункты: 4,5,6,7.
8. Результаты измерений занести в таблицу.
9. Рассчитать мощность по формуле (6)
10. Рассчитать угловую скорость по формуле (5).
11. Построить график зависимости мощности Р от угловой скорости 
: 
12. Определить по графику, при какой угловой скорости двигатель развивает
максимальную мощность.
Контрольные вопросы и задания
1. Сформулировать определение работы.
2. Сформулировать определение мощности.
3. Сформулировать основной закон динамики вращательного движения.
4. Сформулировать определение момента силы.
5. Как рассчитать мощность электродвигателя в данной работе?
Литература
1. Детлаф А.А. Курс физики.– М.: Высшая школа, 2001. – 718 с
2. Трофимова Т.И Курс физики. – М.: Высшая школа, 2001. – 542 с
СоставилаСавченко Т.А.