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        例談功的認(rèn)識(shí)和計(jì)算

        2022-05-30 10:48:04劉學(xué)山
        關(guān)鍵詞:支持力購物車小明

        劉學(xué)山

        功是物理學(xué)中一個(gè)重要的物理量,做功是能量的轉(zhuǎn)化過程,功是能量轉(zhuǎn)換的量度。功的認(rèn)識(shí)和計(jì)算在功、能關(guān)系和今后的物理學(xué)習(xí)中有著非常重要的地位,也是各類考試重點(diǎn)關(guān)注和考查的內(nèi)容。

        認(rèn)知基礎(chǔ)

        1.判斷是否做功

        我們一起來分析下面3個(gè)例子中的力是否做功:

        (1)物體沒有受到力的作用,但因?yàn)閼T性通過了一段路程,如在光滑的水平冰面上,一物體由于慣性做勻速直線運(yùn)動(dòng)(F = 0);

        (2)物體受到力,但沒有移動(dòng)距離,即通過的路程為零,如一個(gè)人用很大的力推一輛汽車,汽車沒有移動(dòng)(s = 0);

        (3)物體受到力的作用,也移動(dòng)了距離,但移動(dòng)的距離不在力的方向上,如手提一桶水在水平地面上行走。

        以上3例中,力都不做功。力學(xué)中的功包括兩個(gè)必要因素:作用在物體上的力、物體在力的方向上移動(dòng)的距離。

        2.功的計(jì)算

        功包括兩個(gè)必要因素,作用在物體上的力越大,使物體在力的方向上移動(dòng)的距離越大,這個(gè)力做的功越多。功等于力與物體在力的方向上移動(dòng)的距離的乘積。

        (1)功的計(jì)算公式:W = Fs。

        (2)功的單位:焦耳(J),1焦耳 = 1?!っ?。1焦耳的物理意義:在1牛的力的作用下,物體在這個(gè)力的方向上通過的距離是1米。

        (3)功的大小與作用在物體上的力成正比,與物體在這個(gè)力的方向上移動(dòng)的距離成正比。

        (4)省力的機(jī)械一定費(fèi)距離,費(fèi)力的機(jī)械一定省距離,所以使用任何機(jī)械都不能省功。

        思維發(fā)散

        例1 (2021·江蘇·連云港)小明用20 N的水平推力,將重為150 N的購物車沿水平地面向前推動(dòng)了10 m,在此過程中,推力對(duì)購物車做功________J,支持力對(duì)購物車做功_________J。

        解析:購物車在20 N的推力作用下,沿該力的方向運(yùn)動(dòng)了10 m,符合做功的兩個(gè)必要因素,推力對(duì)購物車做功W = Fs = 20 N × 10 m = 200 J,購物車在水平地面上移動(dòng)10 m,沒有在支持力的方向上移動(dòng)距離,所以支持力不做功,即支持力做功為0 J。

        答案:200 0

        例2 小明將掉在地面上的物理書撿起來放在課桌上,他對(duì)書所做的功最接近于()。

        A. 0.02 J ? ? ? ? ? ? ? ?B. 0.2 J ? ? ? ? ? ? ? ?C. 2 J ? ? ? ? ? ? ? ?D. 20 J

        解析:一本物理書的質(zhì)量m = 200 g = 0.2 kg,G = mg = 0.2 kg × 10 N/kg = 2 N,課桌高度約為1 m,人對(duì)書豎直向上的力F等于書的重力,即人對(duì)物理書做的功W = Fs = Gh = 2 N × 1 m = 2 J。

        答案:C

        例3 小明用相同的水平推力,分別使較重的A物體沿較光滑的平面移動(dòng),較輕的B物體沿較粗糙的平面移動(dòng),若在相同的時(shí)間內(nèi)移動(dòng)相同的距離。則下列說法正確的是()。

        A. 小明對(duì)A物體做的功多 ? ? ? ? ? ? ? B. 小明對(duì)B物體做的功多

        C. 小明推A、B兩物體時(shí)做功相同 D. 無法判斷

        解析:小明用相同的力推A、B兩個(gè)物體,在相同的時(shí)間內(nèi)移動(dòng)相同的距離,根據(jù)功的計(jì)算公式W = Fs可知,小明對(duì)兩個(gè)物體所做的功一樣多,與平面光滑還是粗糙無關(guān)。

        答案:C

        例4 如圖所示,AC > BC,把同一物體分別沿光滑斜面AC、BC勻速推上頂端,推力分別為F1、F2,所做的功分別為W1、W2,則()。

        A. F1 < F2,W1 = W2 ? ? ? ? B. F1 > F2 ,W1 > W2

        C. F1 =? F2 ,W1 = W2 ? ? ? ? D. F1 < F2 ,W1 < W2

        解析:(1)斜面光滑說明摩擦力為零,即運(yùn)動(dòng)過程中沒有額外功,則把同一物體沿斜面BC和AC分別勻速推到頂端C,高度h相同,力所做的功都等于提升重物做的功,由W = Fs = Gh可知兩次做的功相同,即W1 = W2。(2)根據(jù)圖示可知,sAC > sBC,而W1 = W2,由W = Fs可知,F(xiàn)1 < F2。

        答案:A

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