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高考中变力功的五种估算方式

更新时间:2023-11-04 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

后面我们对“功”这个数学量有了一个比较清晰的认识,明天我们继续深入。其实,上面功的估算公式只适宜恒力做功,那变力做功在小学数学如何求呢?[what]euE物理好资源网(原物理ok网)

方式一:微元法(此法在小学阶段适用于求解力的大小不变、方向改变的变力做功问题。)euE物理好资源网(原物理ok网)

例1、驴拉磨,磨盘的直径为R增大摩擦力的方法有什么,磨盘上的撵与磨盘的磨擦力大小恒为f,撵可视为质点,求撵在运动的这一周内,克服磨擦力所做的功。euE物理好资源网(原物理ok网)

解析:我们可以将磨盘运动的轨迹分割成无数个小段,在每一小段的磨擦力与运动方向共线,所以撵运动的一周内克服磨擦力所做的功等于f2πR。euE物理好资源网(原物理ok网)

技巧二:力的平均值法(此法适用于当某个力的方向不变,但其大小随位移呈线性变化时,可以使劲的初始值F1和末状态值F2的平均值取代所谓的恒力)euE物理好资源网(原物理ok网)

例2、如图3所示,在光滑的水平面上,劲度系数为k的弹簧上端固定在竖直墙壁,右端系着一小球,弹簧处于自然状态时,小球坐落O点,今用外力压缩弹簧,使其形变量为x,当撤掉外力后,求小球抵达O点时弹簧的弹力所做的功。euE物理好资源网(原物理ok网)

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解析:弹簧的弹力为变力,与弹簧的形变量成反比,在题设条件下,弹力的初始值为F1=kx,末态值F2=0,所以就可以用(F1+F2)/2取代恒力,所以弹力所做功W=(1/2)k(x的平方)。euE物理好资源网(原物理ok网)

方式三:图象法(此方式适用于力F与位移s的函数关系明晰,做出F随s变化的图象,图象与横座标轴所围成的图形的面积即是所做功的数值。)euE物理好资源网(原物理ok网)

例如上题也可以用此方式解决。euE物理好资源网(原物理ok网)

方式四:研究对象转换法(此法适用于按照题条件将求变力所做功的问题转化成求恒力所做功的问题。)euE物理好资源网(原物理ok网)

例3、人在A点拉着绳通过光滑的定滑轮,吊起质量m=50kg的物体,如图5所示,开始绳与水平方向的倾角为60度,当人匀速地提起物体由A点沿水平方向运动10米,而抵达B点,此时绳与水平方向成30度角,不计滑轮的磨擦和其他能量损失,求人对绳的拉力所做的功。euE物理好资源网(原物理ok网)

解析:人对绳的拉力大小似乎仍然等于物体的重力,但方向却时刻在变化,由于不计能量损失,所以人对绳的拉力所做的功与绳对物体的拉力所做的功相同,而绳对物体的拉力是恒力,故设滑轮离地面的高度为h,则euE物理好资源网(原物理ok网)

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人由A走到B的过程中,物体G上升的高度等于滑轮一侧的绳子降低的厚度,所以按照几何关系很容易即使出物体上升的高度,功也就急剧顺利求出。euE物理好资源网(原物理ok网)

方式五:能量转化法(此法适用于按照题设条件,借助动能定律或功能原理,间接估算变力所做的功。)这个考察最多,你们一定要注意。euE物理好资源网(原物理ok网)

例4、如图所示,在水平放置的光滑板中心开一个小孔O,穿过一细绳,绳的一端系住一个小球,另一端使劲F拉着使小球在平板上做直径为r的匀速圆周运动,在运动过程,渐渐减小拉力增大摩擦力的方法有什么,当拉力减小为8F时,球的运动直径减为一半,求在此过程中拉力所做的功。euE物理好资源网(原物理ok网)

这就是一个很精典的能量转化的题目,你们可以自行解决一下。注意一点,向心力和动能在估算时息息相关。euE物理好资源网(原物理ok网)

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