變力做功是一個難點,恒力做功一般用W=FS,但如果是變力做功,這個公式就不好處理了,常見的變力做功的方法如下:
1、微元法:對于力的大小不變,但方向時刻發生改變變力做功情況,可以將軌跡細分為無數個小段,每一小段的范圍內可以將變力看為恒力。
2、圖像法:在力與位移圖像中,圖像與橫軸圍成的面積表示功;功率與時間圖像中,圖像與橫軸圍成的面積也表示為功。
3、恒定功率求功:如果物體受到變力作用,但變力的功率不變,則可以通過W=Pt來求功,常見用在機車以恒定功率啟動時的有關題目中。
4、動能定理求變力做功:動能定理是求變力做功最常用的方法,如果知道一個過程中的動能變化量,那么這個過程中的合力所做的功就等于動能變化量;如果某一過程中,動能變化量為零,那么這一過程中合外力做功為零。
例題:
1、(微元法做)如圖所示,某個力F=10N,做用在一物體上,使物體做圓周運動,其半徑R=1m。力F的大小保持不變,但方向始終保持于作用點的切線方向一致,則轉動一周這個力F做到總功應為(? B )
A、0
B、 20πJ
C、10J
D、20J
2、(圖像法)如下圖所示,一勁度系數K=800N/m的輕質彈簧兩端分別連接著質量均為12kg的物體A、B,,將他們豎直靜止在水平面上,如圖16所示,現將一豎直向上的變力F作用A上,使A開始向上做勻加速運動,經0.4s物體B剛要離開地面,求此過程中力F所做的功(設整個過程彈簧都在彈性限度內,取g=10m/s2)
答案:49.5J
解析:由勻加速運動,寫出力F和X的表達式F=kx+ma,做出F-X圖像,F-X圖像與橫軸圍成的面積即為力F所做的功。
3、(恒定功率求變力做功)質量為m的汽車在平直的公路上以初速度v.開始做加速運動,經過時間t前進了x時,速度達到最大值Vm,若汽車在加速的過程中發動機始終保持額定功率P,汽車所受阻力大小恒為f,則在這段時間內發動機所做的功為( ACD )
A.Pt
B.fx
C.fVmt
D. ?mV2m —?mV2o + fx
4、(動能定理求變力做功)如圖所示,一質量為m的小球,用長為L的輕繩懸掛于O點。小球在水平力F作用下,從最低點P緩慢地移到Q點,如圖所示,則在此過程中力F所做的功為( C )
A、mgLcosθ
B、FLsinθ
C、mgL(1—cosθ)
D、FLcosθ