变力做功的几种常见解法

同学们对于恒力功的计算往往都能顺利地用公式解决,而对于变力做功的求解往往感觉比较困难。下面将几种典型的常用方法简要介绍,以利于同学们对这类问题的正确处理。

方法一转化为恒力做功――微元法(适用于力的大小恒定,方向始终与速度同向或反向)

例1力F=10N作用于半径r=1m的转盘的边缘上,力F的大小保持不变,但方向始终保持在作用点处与圆盘边缘切线方向一致,则转动一周,这个力F做的总功是多少?

分析与解因为力F的大小保持不变,而方向始终与圆盘边缘的速度方向相同,故可以将转动一周的过程分为很多很短的一段一段,在每一段上都可以认为是恒力做功,再将各段的功相加,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(适用于力的方向不变,大小随位移均匀改变)

例2用竖直向下压力将放置在水平面上的一弹簧(k=20000N/m)缓慢匀速压缩了10cm,则外加压力对弹簧做功______J。

分析与解因为弹簧的弹力F=kx,F的方向不变,而大小与x成正比,即F随着x均匀增大,所以此过程中力F的平均值为

方法三***象法――求F-S***中的“面积”

再看上面的例2:

作出力F随位移x的变化***线(如***1),则***线与x轴所围的面积即表示力F做的功。

方法四用恒定的功率P求解

例3一辆汽车质量为m,从静止开始运动,沿水平面前进了Sm后,就达到了最大行驶速度vm,设汽车的牵引功率不变,所受阻力是车重的K倍。求:

(1)汽车的牵引功率

(2)汽车从静止到匀速运动所需的时间

分析与解汽车的牵引功率

P=Fv=fvm=kmgvm

汽车从开始运动到加速到最大速度过程,做的是非匀变速运动,所以匀加速运动的公式不适用;又因为汽车的行驶过程中,汽车的牵引功率不变,所以只要求出此过程中牵引力做的功即可求出运动的时间。

对汽车从静止到匀速的过程,由动能定理得:

方法五利用功和能的关系,由能量的变化求功

例4足球运动员将一个0.5kg的球以400N的水平力踢向前方,球在水平方向上运动了50m后停下,则该运动员对该球做的功为()

分析与解运动员以400N的力将球踢出的过程,时间很短,位移很小,无法用功的定义公式求解,根据动能定理,运动员对球做的功就等于足球动能的增加,即W=12mv2,因为题设条件不知球被踢出时的初速度,故而不能确定,答案选D。

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