同學(xué)們對于恒力功的計算往往都能順利地用公式解決,而對于變力做功的求解往往感覺比較困難。下面將幾種典型的常用方法簡要介紹,以利于同學(xué)們對這類問題的正確處理。
方法一轉(zhuǎn)化為恒力做功——微元法(適用于力的大小恒定,方向始終與速度同向或反向)
例1力F=10N作用于半徑r=1m的轉(zhuǎn)盤的邊緣上,力F的大小保持不變,但方向始終保持在作用點處與圓盤邊緣切線方向一致,則轉(zhuǎn)動一周,這個力F做的總功是多少?
分析與解因為力F的大小保持不變,而方向始終與圓盤邊緣的速度方向相同,故可以將轉(zhuǎn)動一周的過程分為很多很短的一段一段,在每一段上都可以認(rèn)為是恒力做功,再將各段的功相加,即用力F的大小乘以一周的路程,所以可得:
W=FS=F×2πr=10×2×π×1=20π(J)
方法二用平均力求功(適用于力的方向不變,大小隨位移均勻改變)
例2用豎直向下壓力將放置在水平面上的一彈簧(k=20000N/m)緩慢勻速壓縮了10cm,則外加壓力對彈簧做功______J。
分析與解因為彈簧的彈力F=kx,F(xiàn)的方向不變,而大小與x成正比,即F隨著x均勻增大,所以此過程中力F的平均值為
方法三圖象法——求F-S圖中的“面積”
再看上面的例2:
作出力F隨位移x的變化圖線(如圖1),則圖線與x軸所圍的面積即表示力F做的功。
方法四用恒定的功率P求解
例3一輛汽車質(zhì)量為m,從靜止開始運動,沿水平面前進了Sm后,就達到了最大行駛速度vm,設(shè)汽車的牽引功率不變,所受阻力是車重的K倍。求:
(1)汽車的牽引功率
(2)汽車從靜止到勻速運動所需的時間
分析與解汽車的牽引功率
P=Fv=fvm=kmgvm
汽車從開始運動到加速到最大速度過程,做的是非勻變速運動,所以勻加速運動的公式不適用;又因為汽車的行駛過程中,汽車的牽引功率不變,所以只要求出此過程中牽引力做的功即可求出運動的時間。
對汽車從靜止到勻速的過程,由動能定理得:
方法五利用功和能的關(guān)系,由能量的變化求功
例4足球運動員將一個0.5kg的球以400N的水平力踢向前方,球在水平方向上運動了50m后停下,則該運動員對該球做的功為()
分析與解運動員以400N的力將球踢出的過程,時間很短,位移很小,無法用功的定義公式求解,根據(jù)動能定理,運動員對球做的功就等于足球動能的增加,即W=12mv2,因為題設(shè)條件不知球被踢出時的初速度,故而不能確定,答案選D。
注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。