13.实验:测量中学生爬楼梯的平均功率
【实验器材】
体重秤、刻度尺(卷尺)、秒表、粉笔、楼梯。
【实验目的】
测量中学生爬楼梯时的平均功率,理解平均功率的物理意义。
【实验原理】
。
【实验步骤】
A.用体重秤测量一名中学生的质量$m$,用刻度尺测量单级台阶的高度$h$,数出总台阶数$n$,计算楼梯总高度$H(H=\_\_\_\_\_\_)$,记录数据；
B.用粉笔标记楼梯的起点和终点,保证攀爬路径、高度一致；
C.中学生匀速爬完楼梯的时间$t$,重复3次；
D.更换不同质量的中学生,重复上述步骤,记录多组数据；
E.整理器材,清理粉笔标记。
【思考与讨论】
(1)实验中让同一名中学生重复三次实验,取时间的平均值的目的是什么?
(2)若秒表提前启动或延迟暂停,会对测量结果造成什么影响?
(3)实验中测量“平均功率”,而非“瞬时功率”,其原因是什么?如何能粗略测量瞬时功率?

解：
【实验原理】$\boldsymbol{P=\frac{W}{t}=\frac{mgH}{t}}$
【实验步骤】A. $\boldsymbol{nh}$
(1) 多次测量取时间的平均值可以减小实验误差，避免单次测量的偶然性，使测得的爬楼时间更准确。
(2) 秒表提前启动或延迟暂停，都会使测得的爬楼时间$t$比实际值偏大，根据公式$P=\frac{mgH}{t}$，重力和爬楼总高度均为准确值，最终得到的功率测量值会偏小。
(3) 原因：爬楼梯的过程中人的运动速度是不断变化的，不同时刻的做功快慢不同，瞬时功率是某一特定时刻的功率，无法通过测量总功和总时间直接得到，直接测量瞬时功率难度很大，因此实验测量的是爬完全程的平均功率。
粗略测量瞬时功率的方法：让中学生保持恒定速度匀速爬楼梯，测出该运动状态下的爬楼速度$v$，根据推导公式$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv=Gv=mgv$，即可粗略得到该匀速运动过程中的瞬时功率。