變力做功與能量轉化

2022-12-11 20:00:04 字數 2428 閱讀 7402

功是中學物理中的重要概念,它體現了力對物體的作用在空間上的累積過程.在考綱中屬b級.對功尤其是變力做功是近年考查熱點,亦是考生應考的難點.

●難點磁場

1.(★★★★)(2023年全國)一物體靜止在公升降機的地板上,在公升降機加速上公升的過程中,地板對物體的支援力所做的功等於

a.物體勢能的增加量

b.物體動能的增加量

c.物體動能的增加量加上物體勢能的增加量

d.物體動能的增加量加上克服重力所做的功

2.(★★★★)一輛車通過一根跨過定滑輪的繩pq提公升井中質量為m的物體,如圖4-1所示.繩的p端拴在車後的掛鉤上.

設繩的總長不變,繩的質量、定滑輪的質量和尺寸、滑輪上的摩擦都忽略不計.開始時,車在a點,左右兩側繩都已繃緊並且是豎直的,左側繩長為h.提公升時,車向左加速運動,沿水平方向從a經過b駛向c.

設a到b的距離也為h,車過b點時速度為vb.求車由a移到b的過程中,繩q端的拉力對物體做的功是多少?

3.(★★★★★)如圖4-2所示,若在湖水裡固定一細長圓管,管內有一活塞,它的下端位於水面上,活塞的底面積s=1 cm2,質量不計.大氣壓強p0=1.

0×105 pa.現把活塞緩慢地提高h=15 m,則拉力對活塞做的功為_______ j.(g=10 m/s2)

●案例**

[例1](★★★★)用鐵鎚將一鐵釘擊入木塊,設木塊對鐵釘的阻力與鐵釘進入木塊內的深度成正比.在鐵鎚擊第一次時,能把鐵釘擊入木塊內1 cm.問擊第二次時,能擊入多少深度?

(設鐵鎚每次做功相等)

[例2](★★★★★) 如圖4-5所示,置於水平面的平行金屬導軌不光滑,導軌一端連線電阻r,其他電阻不計,垂直於導軌平面有一勻強磁場,磁感應強度為b,當一質量為m的金屬棒ab在水平恒力f作用下由靜止向右滑動時

a.外力f對ab棒做的功等於電路中產生的電能

b.只有在棒ab做勻速運動時,外力f做的功才等於電路中產生的電能

c.無論棒ab做何運動,它克服安培力做的功一定等於電路中產生的電能

d.棒ab勻速運動的速度越大,機械能轉化為電能的效率越高

●錦囊妙計

變力做功的求解方法

對於變力做功一般不能依定義式w=fscosθ直接求解,但可依物理規律通過技巧的轉化間接求解.

1.平均力法:

如果參與做功的變力,其方向不變,而大小隨位移線性變化,則可求出平均力等效代入公式w=scosθ求解.

2.圖象法:

如果參與做功的變力,方向與位移方向始終一致而大小隨時變化,我們可作出該力隨位移變化的圖象.如圖4-6,那麼圖線下方所圍成的面積,即為變力做的功.

3.動能定理法:

在某些問題中,由於力f大小或方向的變化,導致無法直接由w=fscosθ求變力f做功的值.此時,我們可由其做功的結果——動能的變化來求變力f的功:w=δek.

4.功能關係法:

能是物體做功的本領,功是能量轉化的量度.由此,對於大小、方向都隨時變化的變力f所做的功,可以通過對物理過程的分析,從能量轉化多少的角度來求解.

●殲滅難點訓練

1.(★★★)一輛汽車在平直公路上從速度v0開始加速行駛,經時間t後,前進了距離s,此時恰好達到其最大速度vmax,設此過程中發動機始終以額定功率p工作,汽車所受阻力恒為f,則在這段時間裡,發動機所做的功為

c. mv2max+

2.(★★★★)如圖4-7所示,質量為m的物體被細繩牽引著在光滑水平面上做勻速圓周運動,o為一光滑孔,當拉力為f時,轉動半徑為r;當拉力為8f時,物體仍做勻速圓周運動,其轉動半徑為,在此過程中,外力對物體做的功為

a.7fr/2b.7fr/4c.3fr/2d.4fr

圖4—7圖4—8

3.(★★★★)一質量為m的小球,用長為l的輕繩懸掛於o點,小球在水平力f作用下,從平衡位置p點很緩慢地移到q點.如圖4-8所示,此時懸線與豎直方向夾角為θ,則拉力f所做的功為

4.(★★★★)掛在豎直牆上的畫長1.8 m,畫面質量為100 g,下面畫軸質量為200 g,今將它沿牆緩慢捲起,g=10 m/s2.需做j的功.

5.(★★★★)用大小不變、方向始終與物體運動方向一致的力f,將質量為m的小物體沿半徑為r的固定圓弧軌道從a點推到b點,圓弧對應的圓心角為60°,如圖4-9所示,則在此過程,力f對物體做的功為________.若將推力改為水平恒力f,則此過程力f對物體做的功為

6.(★★★★★)(2023年全國高考,22題)乙個圓柱形的豎直的井裡存有一定量的水,井的側面和底部是密閉的.在井中固定插著一根兩端開口的薄壁圓管,管和井共軸,管下端未觸及井底.

在圓管內有一不漏氣的活塞,它可沿圓管上下滑動.開始時,管內外水面相齊,且活塞恰好接觸水面,如圖4-10所示.現用捲揚機通過繩子對活塞施加乙個向上的力f,使活塞緩慢向上移動.

已知管筒半徑r= 0.100 m,井的半徑r=2r,水的密度ρ=1.00×103 kg/m3,大氣壓p0=1.

00×105 pa.求活塞上公升h=9.00 m的過程中拉力f所做的功.

(井和管在水面以上及水面以下的部分都足夠長.不計活塞質量,不計摩擦,重力加速度g取10 m/s2)

變力做功問題彙總

一 平均值法 1 用鐵鎚將一枚鐵釘釘入木塊中,設木塊對鐵釘的阻力與鐵釘進入木塊內的深度成正比,在鐵鎚釘第一次時,能把鐵釘釘入木塊內的深度為1cm,問釘第二次時,能釘入的深度為多少?設鐵鎚每次做功相等 二 圖象法 2 如圖所示,乙個勁度係數為的輕彈簧,一端固定在牆壁上,在另一端沿彈簧的軸線施一水平力將...

解決變力做功問題的方法

在求功公式中,f是恒力,即在做功過程中,f的大小 方向都不變。當f是變力時,該怎樣求功呢?1.轉化為恒力做功 在某些情況下,通過等效變換可以將變力做功轉換成恒力做功,於是可以用求解。例1.如圖1所示,某人用大小不變的力f拉著放在光滑水平面上的物體。開始時與物體相連的輕繩和水平面間的夾角為 當拉力f作...

變力做功的四種型別

利用平均值法求變力做功 或示功圖 分過程求變力做功。微元法求變力作功。轉移法 將變力轉做為恒力做功 例1 質量為1kg的物體在變力作用下,自靜止起加速運動,已知作用f隨位移s變化的規律是 f 10 3s n,則該物體經4m位移後力f做的功為多少焦?解法一 因變力f隨位移s線性變化,則變力f的平均f為...