变力做功的探讨
变力做功的探讨
不务正业收集、整理、点评
功的计算，在高中物理中占有十分重要的地位，而高考中又经常涉及到此类问题，但由于高中阶段所学的功的计算公式αcos Fs W =只能用于恒力做功情况,对于变力做功或物体运动轨迹是曲线时，不能用αcos Fs W =来计算功的大小。常见的方法有以下几种：微元法、平均力法、图象法、等值法和能量转化的办法。
一：微元法
一些变力(指大小不变,方向改变,如滑动摩擦阻力,空气阻力),在物体做曲线运动或往复运动过程中,这些力虽然方向变,但每时每刻与速度反向,此时可化成恒力做功,方法是分段考虑,然后求和.
老驴拉磨时拉力做功跟圆周运动时向心力做功是否一样？
“微分”的方法，将运动轨迹细分为若干段，就可以将每一段可以看作直线，在这一过程中的变力当作恒力，以“恒定”代“变化”，以“直”代“曲”，再根据
n n n s F s F s F W αααcos cos cos 222111+??++=来求变力的功。
例题1：如图1，某人用大小不变的力F 转动半径为R 的圆盘，但力的方向始终与过力的作用点的转盘的切线一致，则转动转盘一周该力做的功。
解：在转动的过程中，力F 的方向变化，但每一瞬时力F 总是与该时刻的速度同
向，那么F 在每一瞬时就与转盘转过的极小位移s ?同向，因此无数的瞬时的极小位移n s s s s ??????，321,,，都与F 同向。在转动的过程中，力F 做的功应等于在各极小位移段所做的功的代数和，有：
FR
s s s s F s F s F s F s F W n n π2)(321321=?+??+?+?+?=?+??+?+?+?=
如图6所示，质量为m 的小车以恒定速率v 沿半径为R 的竖直圆轨道运动，已
知小车与竖直圆轨道间的摩擦因数为μ，试求小车从轨道最低点运动到最高点的过程中，克服摩擦力做的功。
【解析】小车沿竖直圆轨道从最低点匀速率运动到最高点的过程中，由于轨道支持力是変力，故而摩擦力为一変力，本题可以用微元法来求。
如图7，将小车运动的半个圆周均匀细分成n （∞→n ）等分，在每段长
n
R
π的圆弧上运动时，图1 F
S
图6
可认为轨道对小车的支持力i N 不变、因而小车所受的摩擦力i f 不变，摩擦力的功可以用s F W ?=计算。
当小车运动到如图所示的A 处圆弧时，有 R
v m
mg N iA 2
sin =-θ 则 )s i n (2
θμmg R v m f iA += n
R mg R v m W iA πθμ?+=)sin (2 当小车运动到如图所示的与A 关于x 轴对称的B 处圆弧时，有
R
v m mg N iB 2
sin =+θ
则 )s i n (2
θμmg R
v m f iB
-=
n
R mg R v m W iB πθμ?-=)sin (2 由此，小车关于水平直径对称的轨道两元段上摩擦力元功之和为：
n
R
R v m W i πμ?=22
于是可知，小车沿半圆周从轨道最低点运动到最高点的过程中，摩擦力做的总功为：
22
2
122mv n mv n W W n i i πμπμ=?==∑=
二等值法
等值法是若某一变力的功和某一恒力的功相等，则可以通过计算该恒力的功，求出该变力的功。由于恒力做功又可以用W=FScosa 计算，从而使问题变得简单。也是我们常说的：通过关连点，将变力做功转化为恒力做功。
例题2：如图3，定滑轮至滑块的高度为H ，已知细绳的拉力为F 牛（恒定），滑块沿水平面由A 点前进s 米至B 点，滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹角分别为γ和β。求滑块由A 点运动到B 点过程中，绳的拉力对滑块所做的功。 分析：在物体从A 到B 运动的过程，绳对滑块的拉力与滑块位移的方向的夹角在改变，这显然是变力做功的问题（在位移的方向上的力是变化的）。但如果转换一下研究对象，很容易发现，绳的拉力对滑块所做的功等于人对绳的拉力所做的功，从而将“对滑块所做的功的问题”转化为力恒F 做的功，位移可以看作人拉绳的拉力F 的作用点的位移，这样就把变力做功转化为恒力做功的问题了。
解：由图3可知，物体在不同位置A 、B
时，猾轮到物体的绳长分别为：
图3
图7
γ
sin 1H s =
β
sin 2
H s =
那么恒力F 的作用点移动的距离为：)sin 1sin 1(21βγ-=-=H s s s
故恒力F 做的功：)sin 1
sin 1(
β
γ-=FH W
再来一碟小菜：人在A 点拉着绳通过一定滑轮吊起质量m=50Kg 的物体，如图1所示，开
始绳与水平方向夹角为 60，当人匀速提起重物由A 点沿水平方向运动m s 2=而到达B 点，此时绳与
水平方向成 30角，求人对绳的拉力做了多少功？
【解析】人对绳的拉力大小虽然始终等于物体的重力，但方向却时刻在变，而已知的位移s 方向一直水平，所以无法利用W ＝αcos Fs 直接求拉力的功.若转换一下研究对象则不难发现，人对
绳的拉力的功与绳对物体的拉力的功是相同的，而绳对物体的拉力则是恒力，可利用W ＝αcos Fs 求了！
设滑轮距地面的高度为h ，则：()
s h =- 60cot 30cot
人由A 走到B 的过程中，重物上升的高度h ?等于滑轮右侧绳子增加的长度，即：
60
sin 30sin h
h h -=
?，人对绳子做的功为：()()
J J mgs h mg W 73213100013≈-=-=??=
思考：上面讨论的是A 、B 两点位于竖起同一侧的情况，如果A 、B 两点分布于竖起位置两侧呢？
如本题：如图所示，一绝缘轻绳绕过无摩擦的两轻质小定滑轮O 1、O 2，一端与质量m=0.2kg 的带正电小环P 连接，且小环套在绝缘的均匀光滑直杆上（环的直径略大于杆的截面直径），已知小
环P 带电q=4×10-5
C ，另一端加一恒定的力F =4N 。已知直杆下端有一固定转动轴O ，上端靠在光滑
竖直墙上的A 处，其质量M=1kg ，长度L =1m ，杆与水平面的夹角为θ=530
，直杆上C 点与定滑轮在同一高度，杆上CO=0.8m ，滑轮O 1在杆中点的正上方，整个装置在同一竖直平面内，处于竖直向下
的大小E =5×104N/C 的匀强电场中。现将小环P 从C 点由静止释放，求：（取g ＝10m ／s 2
）
（1）刚释放小环时，竖直墙A 处对杆的弹力大小； （2）下滑过程中小环能达到的最大速度；
（3）若仅把电场方向反向，其他条件都不变，则环运动过程中电势能变化的最大值。
解：（1）设环受到重力为G p ，电场力为F ，绳子拉力 T ，对环受力分析得： T cos 370+N 1=(G p+F ) cos 530 代入数据得：N 1=-0.8N （负号说明与假设方向相反，则/1N 标示的方向也是反的，如图）
图1
竖直墙A 处对杆的弹力为N ，对杆分析得： 代入数据得：N =2.95(N)
（2）设小环下滑时，绳与杆之间的夹角为α时，小环速度最大，此时小环沿杆方向的合外力为零
053*P F G sin T cos α+=（）得：37o α=
也即小环滑至O 1正下方时，小环速度最大，此时小环下滑s =0.8-0.5=0.3m
实际上，拉力F 做功存在 “临界点”，在C －P 段，F 做正功，在P －M 段，F 做负功。
)(53sin **)()()(53sin **)(00HM HC T s G F HP HM T HP HC T s G F -++=---++
）
00053sin *53cos *(53sin **)(s s T s G F -++= 依题意得： 2
0002
153sin *53cos *(53sin **)(mv s s T s G F ＝）
-++
得：)/(68.2s m v m
=
（3对称性得：小环下滑s 1=2scos530 cos530=2×0.3×0.6×0.6(m)=0.216(m),此时电势能变化值最大
例3、用细绳通过定滑轮把质量为m 的物体匀速提起。人从细绳成竖直方向开始，沿水平面前进s ，使细绳偏转θ角，如图所示。这一过程中，人对物体所做的功为_______。
解：假设人与滑轮在竖起位置时，人离滑轮的高度为H ，则有：
θ
θt a n t a n s H H s ＝，得= 当人沿水平面前进s ，使细绳偏转θ角时，人离油轮的距离为：θ
sin s
所以人对物体所做的功为：)
tan sin (θθs s mg w -=
)(3456.08.0216.0253sin 01J Fs =??==?ε00/1cos53sin 532
L G N L N CD
----
??=??+
三、用公式W=Pt 求变力做功
对于机器以额定功率工作时，比如汽车、轮船、火车启动时，虽然它们的牵引力是变力，但是可以用公式W=Pt 来计算这类交通工具发动机做的功。
例4、质量为4000千克的汽车，由静止开始以恒定的功率前进，它经100/3秒的时间前进425米，这时候它达到最大速度15米/秒。假设汽车在前进中所受阻力不变，求阻力为多大？
分析：汽车在运动过程中功率恒定，速度增加，所以牵引力不断减小，当减小到与阻力相等时车速达到最大值。已知汽车所受的阻力不变，虽然汽车的牵引力是变力，牵引力所做的功不能用功的公式直接计算。但由于汽车的功率恒定，汽车的功率可用P=Fv 求，(TE*L ：1390*14400*90)因此汽车所做的功则可用W=Pt 进行计算。
解：当速度最大时牵引力和阻力相等， m m fv Fv P ==
汽车牵引力做的功为t fv W
m = 根据动能定理有：2
2
1m mv fs W
=
- 解得： f=6000(N)
对于变力做功的问题，首先注意审题，其次在此基础上弄清物理过程，再建立好物理模型，最后使用以上谈到的各种方法进行解题，就会达到事半功倍的效果。
与此类似的再看2题：质量为m 的汽车在平直公路上以初速度v 0开始加速行驶，经时间t 前进距离s 后，速度达最大值v m ，设在这段过程中发动机的功率恒为P ，汽车所受阻力恒为f ，则在这段时间内发动机所做的功为：（答案：ABD ）
A 、Pt
B 、fv M t
C 、fs+mv m 2/2
D 、mv m 2/2-mv 02/2+fs
卡车在平直的公路上从静止开始加速行驶，经过时间t ，速度达到最大值Vm ，设此过程中发动机的功率恒为P ，车所受到的阻力恒定，求此时间内车前进的距离S ？
当车子速度达到最大值V 时，此时车子的牵引力与阻力f 相等，即：p=FV=fV ,所以F=p/v ，根据动
能定理得：221**mv s f t p =- 得p
mv tv s 23
-=
四、平均力法
如果力的方向不变，力的大小对位移按线性规律变化时，即Ｆ＝ｋｓ＋ｂ，
Ｗ＝［（Ｆ１＋Ｆ２）／2］（ｓ２－ｓ1）．也就是说，(Q*Q ：22*8428*958)变力Ｆ由Ｆ１线性地变化到Ｆ２的过程中所做的功等于该过程的平均力 ＝（Ｆ１＋Ｆ２）／2所做的功
例题5：一辆汽车质量为800千克，从静止开始运动，其阻力为车重的0.05倍。其牵引力的大小与车前进的距离变化关系为：F=100x+f 0，f 0是车所受的阻力。当车前进20米时，牵引力做的功是多少？（g=10m/s 2 ）
分析：由于车的牵引力和位移的关系为：F=100x+ f 0，成线性关系，故前进20米过程中的牵引力做的功可看作是平均牵引力所做的功。
解：由题意可知：
开始时的牵引力：F 1=f 0＝0.05×（800×10）＝400(N) 20米时的牵引力:F 2=100×20+400=2400（N ）
前进20米过程中的平均牵引力：F 平=1400（N ） 所以车的牵引力做功：W ＝F 平S ＝1400×20＝28000（J ）
再看一题：用铁锤把小铁钉钉入木板，设木板对钉子的阻力与钉进木板的深度成正比，已知铁锤第一次将钉子钉进d 深度，如果第二次敲钉子时对钉子做的功与第一次相同，那么第二次钉子进入木板的深度是多少？
解：设阻力系数为k ，第一次做的功为w ，则22
1kd w =，到第二次未，外
力所做的总功为:2w ，则有：2
2
12kx w =
，解得: d x 2= 所以，第二次钉子钉进木板的深度为：d )12(-
这个与弹性势能有异曲同工之妙！用力F 拉弹簧，弹簧被拉伸x ，设弹簧的劲度系数为k ，这个过程实际上是力F 克服弹簧弹力做功的过程，外力所做的功转化为弹簧的弹性势能（且弹簧的弹力与x 成正比），
弹性势能为： 本题中，木板对钉子的阻力与钉进木板的深度成正比，阻力相当于弹簧的弹力，因而相当于外力做的功转化为“势能”，只不过这个势能不能再“转化”为其它的形式的能。
假设用力F 缓慢的拉弹簧，那么外力F 所做的功全部转化为弹簧的弹性势能，在此前提下，情形与木板对钉子的阻力相似；在钉子钉进木板的过程中，外力F 所做的功全部转化为内能（相当于弹簧的弹性势能），假设钉子钉子钉进木板的深度为d ，那么有：
内能： 当然，这个结论也可以直接推导出来：过程如下，设木板对钉子的阻力系数为k1,则：f ＝k1*d ，由于f 与d 成正比，所以在整个过程中，
f 所做的功为f 的平均值与位移的乘积，即： ，结论是一样的，所以学习要善于类比，举一反三。
五、用图象法求解变力做功
如果能知道变力F 随位移s 变化的关系，我们可以先作出F-s 关系图象，（横坐标表示在力F 的
方向的位移，纵坐标表示力F ）并利用这个图象求变力所做的功． 图象与坐标轴围成的面积表示功的
2
2
1kx E k
=)
(2
1
121系数数，相当于弹簧的劲度为木板对钉子的阻力系内k d k E =2112
1
*21
**21
d k d d k d f E ===
内
数值。
例题6：长度为l ，质量为m 的均匀绳，一段置于水平的光滑桌面上，另一段垂于桌面下，长为a ，求从绳开始下滑到绳全部离开桌面，重力所做的功。
【分析】开始使绳下滑的力是a 段绳所受的重力
mg l
a
，此后下垂的绳逐渐变长，使绳下滑的力也逐渐增大，且随下垂段绳长均匀增大。当绳全部离开桌面时，绳下滑的位移为a l -，此时使绳下滑的力是整条绳所受的重力mg ，这是一个变力做功的问题，可用用力—位移图象来分析。
【解答】l
a l mg a l mg mg l a W 2)
()()(212
2-=-?+=
例题7：如图，密度为ρ，边长为a 的正立方体木块漂浮在水面上(
水的密度为ρ0)．现用力将木块按入水中，直到木块上表面刚浸没，此过程浮力做了多少功?
[解答]未用力按木块时，木块处于二力平衡状态 F 浮=mg 即ρ0ga 2（a-h ）=ρga 3
并可求得：h=a （ρ0-ρ）/ρ0（h 为木块在水面上的高度） 在用力按木块到木块上表面刚浸没，木块受的浮力逐渐增大，上表面刚浸没时，浮力达到最大值：F ’浮=ρ0ga 3
以开始位置为向下位移x 的起点，浮力可表示为： F 浮=ρga 3+ρ0ga 2x
根据这一关系式，我们可作出F 浮-x 图象(如图右所示)．在此图象中，梯形OhBA 所包围的“面积”即为浮力在此过程所做的功。
W=（ρ0ga 3+ρga 3）h/2=ga 3h （ρ0+ρ）/2
这里的“面积”为什么就是变力所做的功?大家可结合匀变速运动的速度图象中的“面积”表示位移来加以理解．即使F-x 关系是二次函数的关系，它的图象是一条曲线，这个“面积”仍是变力在相应过程中所做的功
本题应该加上“水面积很大”的条件。
有关水的题：面积很大的水池，水深为H ，水面上浮着一正方体木块，木块边长为a ，密度为水的2分之1，质量为m ，开始时，木块静止，有一半没入水中，现用力F 将木块缓慢地压到池底，不计摩擦。求；从木块刚好完全没入水中到静止在池底的过程中，池水势能的改变量。
第一阶段：将漂浮的木块从漂浮，到恰好完全没入水中，因为提到水池面积很大，所以木块增加的V 排不会带来水面的升高，因此可以看作将漂浮的木块正下方半个木块体积的水的重心提升到水面处，因为水的密度是木块的2倍，所以半个木块的水的质量恰好等于木块的质量m ，画示意图可看出这部分水原来的重心位于水面下0.75a 处，所以这阶段水的重力势能增加了ΔE1=0.75mga 第二阶段：
将恰好浸没的木块压入池底，此过程等同于将木块体积大的水从池底提升到即将露出水面，这部分水的质量显然是木块的2倍，即2m ，这部分水的重心升高了H-a ，所以这部分水的重力势能增加了： ΔE2=2mg(H-a)
所以全过程水的势能增加了：ΔE=ΔE1+ΔE2=2mg(H-0.625a)
S
F
如图5所示，在盛有水的圆柱形容器内竖直地浮着一块立方体木块，木块的边长为h ，其密度为水的密度ρ的一半，横截面积也为容器截面积的一半，水面高为2h ，现用力缓慢地把木块压到容器底上，设水不会溢出，求压力所做的功。
解：木块下降同时水面上升，因缓慢地把木块压到容器底上，所以压力总等于增加的浮力，压力是変力，当木块完全浸没在水中的下降过程压力是恒力。本题的解法很多，功能关系、F-S 图像法、平均值法等均可求変力做功，现用平均值法求。
木块从开始到完全浸没在水中，设木块下降1x ，水面上升2x 根据水的体积不变，则：木
容实际木v x S x S 21
**21=
+ （“支持”水上升的面积为容器的截面积-木块的截面积，即2h S S S =-木容容实际＝） 又因为木块的截面积为容器截面积的一半，所以有：
2212x h x h = 得21x x = 所以当木块下降4h
时，木块恰好完全浸没在水中，
31221221
2)(gh x gh x x gh F F ρρρ==+=?=浮
所以42
21116
14220424gh h h
gh h F F h F W ρρ=+=+== 木块恰好完全浸没在水中经h h h h 4549=-=?到容器底部，压力为恒力22h gh F ρ= 所以4228
5452gh h h gh
h F W ρρ=?=?= 故压力所做的功为：42116
11
gh W W W ρ=+=
例题8：用锤子把钉子钉入木块中，设锤子每次打击时，锤子对钉子做的功均相同，钉子进入木块所受到的阻力跟钉入的深度成正比。如果第一次被打入木块的深度为2Cm 。求第二次打击后可再进入几厘米？
解：由于锤子对钉子每一次做的功均相同，而锤子对钉子做的功又可以用阻力做的功来代替，已
知钉子进入木块所受到的阻力跟钉入的深度成正比,设钉入进入的深度为x,那么阻力：kx f =, F —S 图象如图2所示。
第一次锤子对钉子做的功：k W 2221
1??=
第二次锤子对钉子做的功：()[]x x k k W ?++?=222
1
2
由于21W W =有：()[]x x k k k ?++?=??222
1
2221
解得：))(12(2cm x -=
六、：用动能定理求解变力做功
动能定理的内容是：外力对物体所做的功等于物体动能的增量。它的表达式是：
2
2+x
2k
S/cm
图2
图5
W 外=ΔE K ，W 外可以理解成所有外力做功的代数和，如果我们所研究的多个力中，只有一个力是变力，其余的都是恒力，而且这些恒力所做的功比较容易计算，研究对象本身的动能增量也比较容易计算时，用动能定理就可以求出这个变力所做的功。
例题9：如图所示，把一小球系在轻绳的一端，轻绳的另一端穿过光滑木板的小孔，
且受到竖直向下的拉力作用．当拉力为F 时，小球做匀速圆周运动的轨道半径为R ．当拉力逐渐增至4F 时，小球匀速圆周运动的轨道半径为R ／2．在此过程中，拉力对小球做了多少功?
[解答]此题中的F 是一个大小变化的力，故我们不能直接用功的公式求解拉力的功． 根据F=mv 2／R ，我们可分别求得前、后两个状态小球的动能，这两状态动能之差就是拉力所做的功．
由F=mv 12／R 4F=mv 22／0.5R 得W F =mv 22／2-mv 12／2=FR/2
例题6：（89年全国高考） 一质量为m 的小球，用长为L 的轻绳悬挂于O 点，小球在水平力F 作用下，从平衡位置P 点很缓慢地移到Q 点，.如图5所示，此时悬线与竖直方向夹角为θ,则拉力F 所做的功为：（ ） A ：θcos mgL
B ：)cos 1(θ-mgL
C.：θsin FL D ：θcos FL
分析：在这一过程中，小球受到重力、拉力F 、和绳的弹力作用，
只有重力和拉力做功，由于从平衡位置P 点很缓慢地移到Q 点.，小球的动能的增量为零。那么就可以用重力做的功替代拉力做的功。 解：由动能定理可知：0=-G F
W W )c o s 1(θ-==m g L W W G F
故B 答案正确。
例题10：如图，用F ＝20N 的恒力拉跨过定滑轮的细绳的一端，使质量为10kg 的物体
从A 点由静止沿水平面运动．当它运动到B 点时，速度为3m ／s ．设OC ＝4m ，BC ＝3m ，
AC ＝9.6m ，求物体克服摩擦力做的功．
[解答]作出物体在运动过程中的受力图。其中绳的拉力T 大小不变，但方向时刻改变．N 随T 方向的变化而变化(此力不做功)．f 随正压力N 的变化而变化．因此对物体来说，存在着两个变力做功的问题．但绳拉力T 做的功，在数值上应等于向下恒力F 做的功．F 的大小已知，F 移动的距离应为OA 、OB 两段绳长之差．
m C A C O A O 4.102=+= m C B C O B O 52=+= 由动能定理 W F +W f =ΔE k 得：02
1)(2-=+-B f mv W B O A O F W f ＝-63(J) 即物体克服摩擦力做了63J 耳的功．
五、用功能原理求变力做功
功能原理的内容是：系统所受的外力和内力（不包括重力和弹力）所做的功的代数和等于系统的机械能的增量，如果这些力中只有一个变力做功，且其它力所做的功及系统的机械能的变化量都比较容易求解时，就可用功能原理求解变力所做的功。
图5
例题11：如图4所示，置于水平面的平行金属导轨不光滑，导轨一端连接电阻R ，其他电阻不计，垂直于导轨平面有一匀强磁场，磁感应强度为B ，当一质量为m 的金属棒ab 在水平恒力F 作用下由静止向右滑动时：（ ）
A.外力F 对ab 棒做的功等于电路中产生的电能；
B.只有在棒ab 做匀速运动时，外力F 做的功才等于电路中产生的电能；
C.无论棒ab 做何运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能；
D.棒ab 匀速运动的速度越大，机械能转化为电能的效率越高。
解：在导体棒的运动过程中外力做的功，用来克服由于发生电磁感
应而产生的感应电流的安培力的那一部分转化为电能，又因为有摩擦，还需克服摩擦力做功，转化成内能.所以A 、B 错，C 对；又当匀速运动时，由能量转化的观点，可知：
()FR
l B Fv
R
Blv P P 2
22
==
=
机
电η v ,B 、l 、F 、R 一定，所以η ∝v ,即v 越大η越大，D 对.，故C 、D 正确.。
例题12：质量m 为2千克的物体，从光滑斜面的顶端A 点以v 0=5米/秒的初速度滑下，在D 点与弹簧接触并将弹簧压缩到B 点时的速度为零，已知从A 到B 的竖直高度h=5米，求弹簧的弹力对物体所做的功。(g=10m/s 2)
分析：对于弹簧和物体组成的系统而言，只有重力和弹簧的弹力做功，全过程中，机械能守恒。而弹力做的负功等于弹簧的弹性势能的增量。
解：假设B 为参考点，由机械能守恒定律可知：
E A =E B 即：E 弹)(1252
120
J mv mgh =+=
弹力做功W 弹=-125J
（这个有点类似于电场力做功，电场力做正功，电势能减少，电场力做负功，电势能增加）
例13、一个圆柱形的竖直的井里存有一定量的水，井的侧面和底部是密闭的。在井中固定地插着一根两端开口的薄壁圆管，管和井共轴，管下端未触及井底。在圆管内有一不漏气的活塞，它可沿圆管上下滑动。开始时，管内外水面相齐，且活塞恰好触及水面，如图所示。现用卷扬机通过绳子对活塞施加一个向上的力F ，使活塞缓慢向上移动。已知管筒半径r=0.100m ，井的半径R ＝2r ，水的密度
ρ＝1.00×l03kg/m 3，大气压P 0＝1.00×105
Pa 。求活塞上升H ＝9.00m 的过程中拉力F 所做的功。(井和
管在水面以上及水面以下的部分足够长。不计活塞质量，不计摩擦，重力加速度g=10m/s 2
。) [分析与解答]
从开始提升到活塞升至内外水面高度差为的过程中，活塞始终与管内液体接触。（再提升活塞时，活塞和水面之间将出现真空，另行讨论。）设活塞上升距离为h1，管外液面下降距离为h2，如图所示。
h 0=h 1+h 2 …………①
因液体体积不变，有 …②
得 …………③
图
4
(h 0=10米，这个有点突然。计算如下：大气压能能使细小水柱上升一定的高度，水银气压计就是利用这个原理制成的。当水柱静止时，水柱受到的大气压力应该等于水柱本身的重量，即mg=P 0*S, 即：S P g sh ***00=水ρ，代入数据得：h 0=10米。)
题给H=9m ＞h1，由此可知确实有活塞下面是真空的一段过程。
活塞移动距离从零到h1的过程中，对于水和活塞这个整体，其机械能的增量应等于除重力外其他所做的功。因为始终无动能，所以机械能的增量也就等于重力势能增量，
即 …………④
（要注意，重力势能的增量，是h 0/2，因为管内水柱与管外水面的高度差为h 0,不能拿h 1说事，切记切记！水柱的重心在h 0/2处。）
其他力有管内、外的大气压力和拉力F 。因为液体不可压缩，所以管内、外大气压力做的总功p0π(R2-r2)h2-p0πr2h1=0，故外力做功就只是拉力F 做的功，由功能关系知 W1=ΔE …………⑤ （所谓的管外，是指活塞的上表面）
即： … …⑥
活塞移动距离从h1到H 的过程中，液面不变，F 是恒力F=πr2p0，做功
W2=F(H-h1)=πr2p0(H-h1)=4.71×103
J ……⑦
所求拉力F 做的总功为 W1+W2=1.65×104
J ……⑧
事实上，在活塞上升距离为h1，管外液面下降距离为h2的过程中，作用在活塞上的拉力F 始终等于活塞以下、水面以上的水的重力（这个有点类似于例6中的“使绳子下滑的力”），于是有：
当活塞上升距离为h1＞7.5m 后，拉力F 恒定，所以拉力F 随活塞上升距离s 的变化图线如图所示。 于是，图线围成的面积表示拉力F 做的功W 。
八、转换参考系求变力做功
在有些物理问题中，要用功能原理，其中求做功时要涉及到变力做功，但若通过转换参照系，可化求变力做功为恒力做功，而大大简化解题过程。
例8：宇宙中某一惯性参照系中，有两个质点A 和B ，质量分别为m 和M ，相距L ，开始时
A 静止，
B 具有A 、B 连线延伸方向的初速度v ，由于受外力F 的作用，B 做匀速运动。 （1） 试求A 、B 间距离最大时的F 值； （2） 试求从开始到A 、B 最远时力F 做的功；
【解析】此题中A 在万有引力作用下做变加速运动，要用功能原理来解。若用微元法求变力
做功，会因数学知识的限制而不易找出F 作用的位移和A 、B 间的距离的对应关系而很难求解。而本题可通过变换参照系，在同样满足机械能守恒的条件下，避开求变力做功，从而简化了解题过程。
⑴将原来的惯性参照系记为S ，相对B 静止的参照系记为S’，在S’系中，B 没有位移，所以力F 做功为零，计算得以简化。在S’系中，A 开始以v 背离B 运动，最后在万有引力的作用下减速到零，此时A 、B 间的距离最大，记为L m ，在S’系中，据机械能守恒，有
m
L Mm
G
L Mm G mv -=-221 所以 2
22Lv GM LGM
L m -=
此时A 、B 的万有引力为 2
2
24)2(G M L
L v GM m F -= ⑵回到S 系中，当A 、B 的间距达到Lm 时，A 、B 都以v 速度，根据功能原理，F 力所做的功
)11(21)21()(21222m
m L L G M m mv L
Mm G Mv L Mm G v m M W -+=---+=
由⑴中知 22
1
)11(
m v L L GMm m =- 因此 2mv W =
总结：
变力做功
1、跟势能有关的力，如弹簧弹力，所做的功跟势能变化量的大小相等。
2、大小不变，方向改变，但方向时刻跟速度方向在同一直线上，如动摩擦力，空气阻力等，方法是分段考虑，然后求和。在曲线运动或往返运动时，这类力的功等于力和路程（不是位移）的乘积。（如例1）
3、方向不变，大小随位移作线性（均匀）改变，这类力的功等于力的平均值和位移的乘积（如例5）
4、力的大小变化，但该力的功率保持不变，如机车以恒定功率启动，W=Pt （如例4）
变力做功的计算
变力做功的计算 Prepared on 22 November 2020
变力做功的计算 公式适用于恒力功的计算，对于变力做功的计算，一般有以下几种方法。 一、微元法 对于变力做功，不能直接用进行计算，但是我们可以把运动过程分成很多小段，每一小段内可认为F是恒力，用求出每一小段内力F所做的功，然后累加起来就得到整个过程中变力所做的功。这种处理问题的方法称为微元法，这种方法具有普遍的适用性。但在高中阶段主要用于解决大小不变、方向总与运动方向相同或相反的变力的做功问题。 例1. 用水平拉力，拉着滑块沿半径为R的水平圆轨道运动一周，如图1所示，已知物块的质量为m，物块与轨道间的动摩擦因数为。求此过程中摩擦力所做的功。 图1 思路点拨：由题可知，物块受的摩擦力在整个运动过程中大小不变，方向时刻变化，是变力，不能直接用求解；但是我们可以把圆周分成无数小微元段，如图2所示，每一小段可近似成直线，从而摩擦力在每一小段上的方向可认为不变，求出每一小段上摩擦力做的功，然后再累加起来，便可求得结果。 图2
正确解答：把圆轨道分成无穷多个微元段，摩擦力在每一段上可认为是恒力，则每一段上摩擦力做的功分别为， ，…，，摩擦力在一周内所做的功 。 误点警示：对于此题，若不加分析死套功的公式，误认为位移s＝0，得到W＝0，这是错误的。必须注意本题中的F是变力。 小结点评：对于变力做功，一般不能用功的公式直接进行计算，但有时可以根据变力的特点变通使用功的公式。如力的大小不变而方向总与运动方向相同或相反时，可用计算该力的功，但式子中的s不是物体运动的位移，而是物体运动的路程。 ［发散演习］ 如图3所示，某个力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，但方向任何时刻与作用点处的切线方向保持一致。则转动半圆，这个力F做功多少 图3 答案：。 二、图象法
五种方法搞定变力做功问题
五种方法搞定变力做功 一.微元法思想。 当物体在变力作用下做曲线运动时，我们无法直接使用θcos s F w ?=来求解，但是可以 将曲线分成无限个微小段，每一小段可认为恒力做功，总功即为各个小段做功的代数和。 例1. 用水平拉力，拉着滑块沿半径为R 的水平圆轨道运动一周，如图1所示，已知物块的 质量为m ，物块与轨道间的动摩擦因数为μ。求此过程中摩擦力所做的功。 思路点拨：由题可知，物块受的摩擦力在整个运动过程中大 小不变，方向时刻变化，是变力，不能直接用求解； 但是我们可以把圆周分成无数小微元段，如图2所示，每一小段可近似成直 线，从而摩擦力在每一小段上的方向可认为不变，求出每一小段上摩擦力做 的功，然后再累加起来，便可求得结果 图1 把圆轨道分成无穷多个微元段，摩擦力在每一 段上可认为是恒力，则每一段上摩擦力做的功分别 为 ， ，…，，摩擦力在一周内所做的功 二、平均值法 当力的大小随位移成线性关系时，可先求出力对位移的平均值2 21F F F +=，再由αc o s L F W =计算变力做功。如：弹簧的弹力做功问题。 例2静置于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F 作用下，沿x 轴方向运 动（如图2甲所示），拉力F 随物块所在位置坐标x 的变化关系（如图乙所示），图线为半圆．则 小物块运动到x 0处时的动能为 （ ） A ．0 B ．02 1x F m C ．04x F m π D ．204 x π 【精析】由于W ＝Fx ，所以F-x 图象与x 轴所夹的面积表示功，由图象知半圆形的面积为 04m F x π．C 答案正确． 图2
三.功能关系法。 功能关系求变力做功是非常方便的，但是必须知道这个过程中能量的转化关系。 例3 如图所示，用竖直向下的恒力F 通过跨过光滑定滑轮的细线拉动光滑水平面上的物体， 物体沿水平面移动过程中经过A 、B 、C 三点，设AB =BC ，物体经 过A 、B 、C 三点时的动能分别为E KA ，E KB ，E KC ，则它们间的关系 一定是： A ．E K B -E KA =E K C -E KB B ．E KB -E KA
新教材高中物理 科学思维系列(一)——求解变力做功的几种方法及摩擦力做功的情况 新人教版必修第二册
科学思维系列(一)——求解变力做功的几种方法及摩擦力做功的情况 功的计算，在中学物理中占有十分重要的地位．功的计算公式W ＝Fl cos α只适用于恒力做功的情况，对于变力做功，则没有一个固定公式可用，但可以通过多种方法来求变力做功，如等效法、微元法、图象法等． 一、求解变力做功的几种方法 法1.用公式W ＝F － l cos α求变力做功 如果物体受到的力是均匀变化的，则可以利用物体受到的平均力的大小F －＝F 1＋F 2 2来计 算变力做功，其中F 1为物体初状态时受到的力，F 2为物体末状态时受到的力． 【典例1】 用铁锤把小铁钉钉入木板，设木板对铁钉的阻力与铁钉进入木板的深度成正比．已知铁锤第一次使铁钉进入木板的深度为d ，接着敲第二锤，如果铁锤第二次敲铁钉时对铁钉做的功与第一次相同，那么，第二次使铁钉进入木板的深度为( ) A ．(3－1)d B ．(2－1)d C. 5－1d 2 D. 22 d 【解析】 根据题意可得W ＝F －1d ＝kd 2d ，W ＝F － 2d ′＝kd ＋k d ＋d ′2 d ′，联立解得d ′ ＝(2－1)d (d ′＝－(2＋1)d 不符合实际，舍去)，故选项B 正确． 【答案】 B 法2.用图象法求变力做功 在F - x 图象中，图线与x 轴所围的“面积”的代数和表示F 做的功．“面积”有正负，在x 轴上方的“面积”为正，在x 轴下方的“面积”为负．如图甲、乙所示，这与运动学中由v - t 图象求位移的原理相同． 【典例2】 用质量为5 kg 的均匀铁索，
从10 m 深的井中吊起一质量为20 kg 的物体，此过程中人的拉力随物体上升的高度变化如图所示，在这个过程中人至少要做多少功？(g 取10 m/s 2 ) 【解析】 方法一 提升物体过程中拉力对位移的平均值： F －＝250＋2002 N ＝225 N 故该过程中拉力做功：W ＝F － h ＝2 250 J. 方法二 由F - h 图线与位移轴所围面积的物理意义，得拉力做功：W ＝250＋200 2×10 J ＝2 250 J. 【答案】 2 250 J 法3.用微元法求变力做功 圆周运动中，若质点所受力F 的方向始终与速度的方向相同，要求F 做的功，可将圆周分成许多极短的小圆弧，每段小圆弧都可以看成一段极短的直线，力F 对质点做的功等于它在每一小段上做功的代数和，这样变力(方向时刻变化)做功的问题就转化为多段上的恒力做功的问题了． 【典例3】 如图所示，质量为m 的质点在力F 的作用下，沿水平面上半径为R 的光滑圆槽运动一周．若F 的大小不变，方向始终与圆槽相切(与速度的方向相同)，求力F 对质点做的功． 【解析】 质点在运动的过程中，F 的方向始终与速度的方向相同，若将圆周分成许多极短的小圆弧Δl 1、Δl 2、Δl 3、…、Δl n ，则每段小圆弧都可以看成一段极短的直线，所以质点运动一周，力F 对质点做的功等于它在每一小段上做功的代数和，即W ＝W 1＋W 2＋…＋W n ＝F (Δl 1＋Δl 2＋…＋Δl n )＝2πRF . 【答案】 2πRF . 变式训练1 如图所示，放在水平地面上的木块与一劲度系数k ＝200 N/m 的轻质弹簧相连，现用手水平拉弹簧，拉力的作用点移动x 1＝0.2 m ，木块开始运动，继续拉弹簧，木块
【转】变力做功问题的求法集锦
变力的功求法集锦 第一.平均力法 1.基本依据：如果一个过程，若F 是位移l 的线性函数时，即F=k l +b 时，可以用F 的平均值 =F (F 1 +F 2)/2来代替F 的作用效果来计算。 2.基本方法：先判断変力F 与位移l 是否成线性关系，然后求出该过程初状态的力1F 和末状态的力2F ，再求出每段平均力和每段过程位移，然后由αcos l F W =求其功。 【例1】用铁锤将一铁钉击入木块，设木块对铁钉的阻力与铁钉钉入木块内的深度成正比。在铁锤击第一次时，能把铁钉击入木块内1cm ，问击第二次时，能击入多深？（设铁锤每次做功都相等） 解析：铁锤每次做功都是克服铁钉阻力做功，但摩擦阻力不是恒力，其大小与深度成正比。，可用平均阻力来代替。 如图所示，第一次击入深度为，平均阻力为， 做功为： 第二次击入深度为 到，平均阻力为： 位移为 做功为：两次做功相等： 解后有： 练习1：例如:用铁锤把小铁钉钉入木板，设木板对钉子的阻力与钉进木板的深度成正比，已知铁锤第一次将钉子钉进d ，如果铁锤第二次敲钉子时对钉子做的功与第一次相同，那么，第二次进入木板的深度是多少? 解：()22kd kd k d d d d '++'?= ∴1)d d '=此题也可用图像法：因为木板对钉子的阻力与钉进木板的深度成正比，即F =kd ，其图象为图所示。铁锤两次对钉子做功相同，则三角形OAB 的面积与梯形ABCD 的面积相等，即[]')(2 1)(21d d d k kd kd d ?'++=?解得 1)d d '= 练习2：要把长为l 的铁钉钉入木板中，每打击一次给予的能量为E 0，已知钉子在木板中遇到的阻力与钉子进入木板的深度成正比，比例系数为k 。问此钉子全部进入木板需要打击几次？ 分析：在把钉子打入木板的过程中，钉子把得到的能量用来克服阻力做功，而阻力与钉子进入木板的深度成正比，先求出阻力的平均值，便可求得阻力做的功。钉子在整个过程中受到的平均阻力为：F k l k l =+=022钉子克服阻力做的功为：W F l k l F ==12 2设全过程共打击n 次，则给予钉子的总能量：E n E k l 总==0212 所以n k l E =2 2 【例2】如图所示，轻弹簧一端与竖直墙壁相连，另一端与一质量为m 的木块连接，放在光滑的水平面上。弹簧劲度系数为k ，开始时处于自然长度。现用水平力缓慢拉木块，使木块前进x ，求拉力对木块做 Kd+d
变力做功的六种常见计算方法
变力做功的六种常见计算方法 s，但是学生在应用 在高中阶段，力做功的计算公式是W=FScoα 时，只会计算恒力的功，对于变力的功，高中学生是不会用的。下面 介绍六种常用的计算变力做功的方法，希望对同学们有所启发。 方法一：用动能定理求 若物体的运动过程很复杂，但是如果它的初、末动能很容易得出， 而且，除了所求的力的功以外，其他的力的功很好求，可选用此法。 例题1：如图所示。质量为m的物体，用细绳经过光滑的小 孔牵引在光滑水平面上做匀速圆周运动，拉力为某个数值F时，转动 半径为R；拉力逐渐减小到0.25F时，物体仍然做匀速圆周运动，半 径为2R，求外力对物体所做的功的大小。 解析：当拉力为F时，小球做匀速圆周运动，F提供向心力，则 F=mv1 2/2R。此题中，当半径由R 2/R；当拉力为0.25F时，0.25F=mv 2 变为2R的过程中，拉力F为变力，由F变为2F,我们可以由动能定 2=0.25RF。理，求 2—0.5mv 2 得外力对物体所做的功的大小W=0.5mv1 方法二：用功率的定义式求 若变力做功的功率和做功时间是已知的，则可以由W=Pt来求解 变力的功。 例题2：质量为m=500吨的机车，以恒定的功率从静止出发，经 过时间t=5min在水平路面上行使了s=2.25km，速度达到最大值 v=54km/h。假设机车受到的阻力为恒力。求机车在运动中受到的阻力 大小。
解析：机车先做加速度减小的变加速直线运动，再做匀速直线运动。所以牵引力F先减小，最后，F恒定，而且跟阻力f平衡，此 时有功率P=Fv=fv。在变加速直线运动阶段，牵引力是变力，它在此阶段所作的功可以由w=Pt来求。由动能定理，Pt—fs=0.5mv2—0,把P=Fv=fv代入得，阻力f=25000N。 方法三：平均力法 如果变力的变化是均匀的（力随位移线性变化），而且方向不变时，可以把变力的平均值求出后，将其当作恒力代入定义式即可。 例题3：如图所示。 轻弹簧一端与竖直墙壁连接，另一端与一质量为m的木块相连，放在光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为k，开始时弹簧处于自然状态。用水平力缓慢的拉物体，在弹簧的弹性限度范围内，使物体前进距离x，求这一过程中拉力对物体所做的功。 解析：物体在缓慢运动过程中，拉力是从零开始均匀增大的，呈线性变化，所以整个过程中，拉力的平均值是F=0.5（0+kx）。因此，拉力对物体所做的功W=Fx=0.5（0+kx）×x=0.5kx2。 方法四：F——S图像法 利用图像中的“面积”求。在F——S图像中，在S内的图像跟S 轴所夹图形的“面积”，等于力F在位移S上所做的功。 例题4：在例题3中，可以利用此法求出结果。 解析： 做出拉力的F——S图像，如图所示。
求变力做功的几种方法
求变力做功的几种方法 功的计算在中学物理中占有十分重要的地位，中学阶段所学的功的计算公式W=FScosa只能用于恒力做功情况，对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用，本文对变力做功问题进行归纳总结如下： 一、等值法 等值法即若某一变力的功和某一恒力的功相等，则可以同过计算该恒力的功，求出该变力的功。而恒力做功又可以用W=FScosa计算，从而使问题变得简单。 例1、如图1，定滑轮至滑块的高度为h， 已知细绳的拉力为F牛（恒定），滑块沿水平面 由A点前进s米至B点，滑块在初、末位置时细 绳与水平方向夹角分别为α和β。求滑块由A点 运动到B点过程中，绳的拉力对滑块所做的功。 分析：设绳对物体的拉力为T，显然人对绳 的拉力F等于T。T在对物体做功的过程中大小 虽然不变，但其方向时刻在改变，因此该问题是 变力做功的问题。但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功。而拉力F的大小和方向 都不变，所以F做的功可以用公式W=FScosa直接计算。由图可知，在绳与水平面的夹角由α变到β的过程中,拉力F的作用点的位移大小为： 二、微元法 当物体在变力的作用下作曲线运动时，若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角不变，且力与位移的方向同步变化，可用微元法将曲线分成无限个小元段，每一小元段可认为恒力做功，总功即为各个小元段做功的代数和。 例2 、如图2所示，某力F=10牛作用于半径R=1米的转盘的边缘上，力F的大小保持不变，但方向始终保持与作用点的切线方向一致，则转动一周这 个力F做的总功应为： A0焦耳B20π焦耳 C 10焦耳D20焦耳 分析：把圆周分成无限个小元段，每个小元段可 认为与力在同一直线上，故ΔW=FΔS，则转一周中各个 小元段做功的代数和为W=F×2πR=10×2πJ=20π J，故B正确。 三、平均力法
思想方法：变力做功的计算方法
思想方法7.变力做功的计算方法方法一平均力法 如果力的方向不变，力的大小随位移按线性规律变化时，可用力的算术平均值(恒力)代替变力，即F＝F1＋F2 2再利 用功的定义式W＝F l cos α来求功． 【典例1】用锤子击打钉子，设木板对钉子的阻力跟钉子进入木板的深度成正比，每次击打钉子时锤子对钉子做的功相同．已知第一次击打钉子时，钉子进入的深度为1 cm，则第二次击打时，钉子进入的深度是多少？ 即学即练1质量是2 g的子弹，以300 m/s的速度射入厚度是5 cm的木板(如图5－1－8所示)，射穿后 的速度是100 m/s.子弹射穿木板的过程中受到的平均阻力是多大？你对题目中所说的“平均”一词有什么认 识？ 方法二用微元法求变力做功 将物体的位移分割成许多小段，因小段很小，每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力，这样就将变 力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做元功的代数和．此法在中学阶段，常应用于求解力的大 小不变、方向改变的变力做功问题． 【典例2】如图5－1－9所示，一个人推磨，其推磨杆的力的大小始终为F，与磨杆始终垂 直，作用点到轴心的距离为r，磨盘绕轴缓慢转动．则在转动一周的过程中推力F做的功为()．A．0B．2πrF C．2Fr D．－2πrF 即学即练2如图5－1－10所示，半径为R，孔径均匀的圆形弯管水平放置，小球在管内以足够 大的初速度在水平面内做圆周运动，设开始运动的一周内，小球与管壁间的摩擦力大小恒为F f，求小 球在运动的这一周内，克服摩擦力所做的功． 方法三用图象法求变力做功 在F－x图象中，图线与两坐标轴所围的“面积”的代数和表示力F做的功，“面积”有正 负，在x轴上方的“面积”为正，在x轴下方的“面积”为负． 【典例3】一物体所受的力F随位移x变化的图象如图5－1－11所示，求在这一过程中， 力F对物体做的功为多少？ 即学即练3如图5－1－12甲所示，静止于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F作用下，沿x轴方向运动，拉力F随物块所在位置坐标x的变化关系如图乙所示，图线为半圆．则小物块运动到x0处时F做的总功为()． A．0B．1 2F m x2 C．π 4F m x0D． π 4x 2 方法四利用W＝Pt求变力做功 这是一种等效代换的观点，用W＝Pt计算功时，必须满足变力的功率是一定的这一条件． 【典例4】如图5－1－13所示，用跨过光滑定滑轮的缆绳将海面上一艘失去动力的 小船沿直线拖向岸边．已知拖动缆绳的电动机功率恒为P，小船的质量为m，小船受到的阻 力大小恒为F f，经过A点时的速度大小为v0，小船从A点沿直线加速运动到B点经历时间 为t1，A、B两点间距离为d，缆绳质量忽略不计．求： (1)小船从A点运动到B点的全过程克服阻力做的功WF f；(2)小船经过B点时的速度大小v1. 即学即练4汽车的质量为m，输出功率恒为P，沿平直公路前进距离s的过程中，其速度由v1增至最大速度v2.假定汽车在运动过程中所受阻力恒定，求汽车通过距离s所用的时间．
求变力做功的几种方法
求变力做功的几种方法-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
求变力做功的几种方法 功的计算在中学物理中占有十分重要的地位，中学阶段所学的功的计算公式W=FScosa只能用于恒力做功情况，对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用，本文对变力做功问题进行归纳总结如下： 一、等值法 等值法即若某一变力的功和某一恒力的功相等，则可以同过计算该恒力的功，求出该变力的功。而恒力做功又可以用W=FScosa计算，从而使问题变得简单。 例1、如图1，定滑轮至滑块的高度为h， 已知细绳的拉力为F牛（恒定），滑块沿水平面 由A点前进s米至B点，滑块在初、末位置时 细绳与水平方向夹角分别为α和β。求滑块由A 点运动到B点过程中，绳的拉力对滑块所做的 功。 分析：设绳对物体的拉力为T，显然人对绳 的拉力F等于T。T在对物体做功的过程中大小 虽然不变，但其方向时刻在改变，因此该问题是变力做功的问题。但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功。而拉力F的大小和方向 都不变，所以F做的功可以用公式W=FScosa直接计算。由图可知，在绳与水平面的夹角由α变到β的过程中,拉力F的作用点的位移大小为： 二、微元法 当物体在变力的作用下作曲线运动时，若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角不变，且力与位移的方向同步变化，可用微元法将曲线分成无限个小元段，每一小元段可认为恒力做功，总功即为各个小元段做功的代数和。 例2 、如图2所示，某力F=10牛作用于半径R=1米的转盘的边缘上，力F的大小保持不变，但方向始终保持与作用点的切线方向一致，则转动一周这个力F做的总功应为： A 0焦耳 B 20π焦耳 C 10焦耳 D 20焦耳 分析：把圆周分成无限个小元段，每个小元段可 认为与力在同一直线上，故ΔW=FΔS，则转一周中各个 小元段做功的代数和为W=F×2πR=10×2πJ=20πJ，故 B正确。
变力做功的求解方法
变力做功的求解方法 物理与电子信息工程学院物理学 [摘要] 功是物理学中最常见的物理量，变力做功的求解方法也是贯穿大学物理的重点和难点之一，它在力学、理论力学中都占有十分重要的地位。本文分别用图像法、动能定理、功能原理、微元法、平均力法、等值法等不同方法对物理学中变力做功的求解方法进行了较全面、系统的研究,并附以实例说明这些方法的应用。通过对这些方法和实例的讨论，以使我能对变力做功的求解方法有更深刻的理解和巩固，进一步提高我灵活运用这些方法解决实际问题的能力。 [关键词] 变力功图像法等效代换法 1 前言 功是物理学中最常见的物理量，对于变力做功的求解，教材上通常采用极限的思想和微积分的方法将物体的运动轨迹分割成许多小段，因每小段很小，所以每小段可视为一方向不变的位移，而在这小位移上的力也可视为恒力。又因小位移为无穷小量，可认为它与轨迹重合，称之为元位移，而力在元位移上做的功称之为元功。这样就顺利的将求解变力做功的问题转化为了求无数多个元功之和。然而，求解变力做功的方法并不是唯一的，在很多实际问题中也可以根据实际寻找最为简便有效的方法。对此，本文将分别从图像法、微元法、等值法、平均力法、动能定理、功能原理等不同角度对变力做功的求解方法进行较全面、系统的研究，并以实例说明这些方法的应用。 2 用图像法求变力做功 功是描写力对空间的积累作用的，它的大小可以用作用力随位移变化的关系曲线，如图2.2.1力-位移图象下的一块图形面积的大小来表示。如图甲所示表示恒力的力-位移图像，横坐标表示力F在位移方向上的分量，功W的数值等于直线下方画有斜线部分的面积．如图乙所示表示变力的力-位移图像，曲线下方画有斜线部分的面积就表示变力所做的功，它近似地等于成阶梯形的小矩形面积的总和。
五种方法搞定变力做功问题
五种方法搞定变力做功 .微元法思想。 当物体在变力作用下做曲线运动时，我们无法直接使用w F ?scos来求解，但是可以 将曲线分成无限个微小段，每一小段可认为恒力做功，总功即为各个小段做功的代数和。 例1.用水平拉力，拉着滑块沿半径为R的水平圆轨道运动一周，如图1所示，已知物块的 质量为m,物块与轨道间的动摩擦因数为。求此过程中摩擦力所做的功。 思路点拨：由题可知，物块受的摩擦力在整个运动过程中大小 不变，方向时刻变化，是变 力，不能直接用求解；但是我们可以把圆周分 成无数小微元段，如图2所示，每一小段可近似成直线，从而摩擦力在每一小段上的方向可认为不变，求出每一小段上摩擦力做的功，然后再累加起来，便可求得结果图1
把圆轨道分成无穷多个微元段每一段上可认为是恒力，则每一段上摩擦力做的功分别为，摩擦力在
摩擦力在一周内所做的功
、平均值法 当力的大小随位移成线性关系时，可先求出力对位移的平均值 L F 1 F 2 — F ------------- ，再由W FLcos 计算变力做功。如：弹簧的弹力做功 2 问题。 例2静置于光滑水平面上坐标原点处的小物块， 在水平拉力F 作 用下，沿x 轴方向运动（如图 2甲所示），拉力F 随物块所在位置坐标 x 面积表示功，由图象知半圆形的面积为 F m X 。. C 答案 4 正确. 三.功能关系法。 功能关系求变力做功是非常方便的，但是必须知道这个过程中能量的转化关系。 例3如图所示，用竖直向下的恒力 F 通过跨过光滑定滑轮的细线拉动光滑水平面上的物体, 物体沿水平面移动过程中经过 A 、 B 、 C 三点，设AB=BC ，物体经 过A 、B 、C 三点时的动能分别为 E KA , E KB , E KC ,则它们间的关系 _. r 曰 定是: A . E K B -E KA =E K C -E KB B . E KB -E KA V E K C -E KB 到X 0处时的动能为 ( ) A . 0 B . -F m X o 2 C . F m X o D . 2 X o 4 4 【精析】由于 W = F X ，所以F-x 图象与X 轴所夹的 的变化关系（如图乙所示），图线为半圆?则小物块运动 o n ~~F ? 图2乙
考物理复习二轮专题《求变力做功的几种方法》.doc
考物理复习二轮专题《求变力做功的几种方法》 一、知识讲解 功的计算在中学物理中占有十分重要的地位， 中学阶段所学的功的计算公式 W=FScosa 只能用于恒力做功情况， 对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用， 当 F 为变力时， 用 动能定理 W= E k 或功能关系求功，高中阶段往往考虑用这种方法求功。这种方法的依据是： 做功的过程就是能量转化的过程， 功是能的转化的量度。 如果知道某一过程中能量转化的数 值，那么也就知道了该过程中对应的功的数值。 下面是对这种方法的归纳与总结下面对变力 做功问题进行归纳总结如下： 1、等值法 等值法即若某一变力的功和某一恒力的功相等，则可以通过计算该恒力的功，求出该变力的功。 而恒力做功又可以用 W=FScosa 计算，从而 使问题变得简单。 例 1、如图，定滑轮至滑块的高度为 h ，已知细绳的拉力为 F （恒定），滑块沿水平面由 A 点前进 S 至 B 点，滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹角 分别为α和β。求滑块由 A 点运动到 B 点过程中，绳的拉力对滑块所做的功。 分析与解：设绳对物体的拉力为T ，显然人对 绳的拉力 F 等于 T 。T 在对物体做功的过程中大小虽然不变，但其方向时刻在改变，因此该 问题是变力做功的问题。 但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下， 人对绳做 的功就等于绳的拉力对物体做的功。 而拉力 F 的大小和方向都不变， 所以 F 做的功可以用公 式 W=FScosa 直接计算。 由图 1 可知，在绳与水平面的夹角由α变到β的过程中 , 拉力 F 的作 用点的位移大小为： S S 1 h h S 2 sin sin W T W F F . S Fh ( 1 1 ) sin sin 2、微元法 当物体在变力的作用下作曲线运动时， 若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角 不变， 且力与位移的方向同步变化， 可用微元法将曲线分成无限个小元段， 每一小元段可认 为恒力做功，总功即为各个小元段做功的代数和。 例 2 、如图所示，某力 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，但方向始终保持与作用点的切线方向一 致，则转动一周这个力 F 做的总功应为： A 、 0J B 、 20π J C 、10J D 、20J. 分析与解：把圆周分成无限个小元段，每个小元段可认为 与力在同一直线上，故 W=F S ，则转一周中各个小元段做功的代数和为 W=F × 2π R=10× 2 π J=20 π J ，故 B 正确。 3、平均力法
应用动能定理求解变力做功问题(含答案)
应用动能定理求解变力做功问题 一、应用动能定理求变力做功时应注意的问题 1、所求的变力的功不一定为总功，故所求的变力的功不一定等于ΔE k . 2、合外力对物体所做的功对应物体动能的变化，而不是对应物体的动能． 3、若有多个力做功时，必须明确各力做功的正负，待求的变力的功若为负功， 可以设克服该力做功为W ，则表达式中应用－W ；也可以设变力的功为W ，则 字母W 本身含有负号． 二、练习 1、如图所示，光滑水平平台上有一个质量为m 的物块，站在地面上的 人用跨过定滑轮的绳子向右拉动物块，不计绳和滑轮的质量及滑轮的 摩擦，且平台边缘离人手作用点竖直高度始终为h .当人以速度v 从平 台的边缘处向右匀速前进位移x 时，则 ( ) A ．在该过程中，物块的运动可能是匀速的 B ．在该过程中，人对物块做的功为m v 2x 2 2(h 2＋x 2) C ．在该过程中，人对物块做的功为1 2m v 2 D ．人前进x 时，物块的运动速率为v h h 2＋x 2 答案 B 解析 设绳子与水平方向的夹角为θ，则物块运动的速度v 物＝v cos θ，而cos θ＝x h 2＋x 2 ，故v 物＝ v x h 2＋x 2 ，可见物块的速度随x 的增大而增大，A 、D 均错误；人对物块的拉力为变力，变力的功可应用动能定理求解，即W ＝12m v 2 物＝m v 2x 22(h 2＋x 2)，B 正确，C 错误． 2、如图所示，一质量为m 的质点在半径为R 的半球形容器中(容器固定) 由静止开始自边缘上的A 点滑下，到达最低点B 时，它对容器的正压力 为F N .重力加速度为g ，则质点自A 滑到B 的过程中，摩擦力对其所做 的功为 ( ) A.1 2 R (F N －3mg ) B.1 2 R (3mg －F N ) C.1 2 R (F N －mg ) D.1 2 R (F N －2mg )
变力做功的计算总结
变力做功的计算 公式适用于恒力功的计算，对于变力做功的计算，一般有以下几种方法。 、微元法 对于变力做功，不能直接用呼■处皿&进行计算，但是我们可以把运动过程分成很多小段，每一小段内可认为F是恒力，用八爲二皿求出每一小段内力F所做的功，然后累加起来就得到整个过程中变力所做的功。这种处理问题的方法称为微元法，这种方法 的变力的做功问题。 例1.用水平拉力，拉着滑块沿半径为R的水平圆轨道运动一周，如图1所示，已知 物块的质量为m,物块与轨道间的动摩擦因数为’。求此过程中摩擦力所做的功。 思路点拨：由题可知，物块受的摩擦力在整个运动过程中大小' 不变，方向 时刻变化，是变力，不能直接用|瞬■ ^SCOS^求解；但是我们可以把圆周分成无数小微元段，如图2所示，每一小段可近似成直线，从而摩擦力在每一小段上的方向可认为不变， 求出每一小段上摩擦力做的功，然后再累加起来，便可求得结果。 具有普遍的适用性。但在高中阶段主要用于解决大小不变、方向总与运动方向相同或相反 图1
正确解答：把圆轨道分成无穷多个微元段硏?巧'肉*…*亦，摩擦力在每一段上 可认为是恒力，则每一段上摩擦力做的功分别 吧工-中粥为斷?严跖| ,，…，即=%+,，摩擦力+小 在一周内所做的功 +% - + &2 + 殆 4 +务）二一2贰测gR 误点警示：对于此题，若不加分析死套功的公式，误认为位移s = 0,得到W 0,这 是错误的。必须注意本题中的F是变力。 . 小结点评：对于变力做功，一般不能用功的公式直接进行计算，但有时可以根据变力 的特点变通使用功的公式。如力的大小不变而方向总与运动方向相同或相反时，可用 计算该力的功，但式子中的s不是物体运动的位移，而是物体运动的路程。 ［发散演习］ 如图3所示，某个力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，但方向任何时刻与作用点处的切线方向保持一致。则转动半圆，这个力F做功多少？ 图3 答案：31.4J。 二、图象法 在直角坐标系中，用纵坐标表示作用在物体上的力F，横坐标表示物体在力的方向上 的位移s。如果作用在物体上的力是恒力，则其F—s图象如图4所示。经过一段时间物体 发生的位移为s o,则图线与坐标轴所围成的面积（阴影面积）在数值上等于力对物体做的 功W= Fs, s轴上方的面积表示力对物体做正功（如图4（a）所示），s轴下方的面积表示力对物体做负功（如图4 （b）所示）。
高中物理变力做功的解法总结
变力做功的解法 一、化变力为恒力求变力功 变力做功直接求解时，通常都比较复杂，但若通过转换研究的对象，有时可化为恒力做功，可以用W＝Fl cos α求解．此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中． 1.如图所示，某人用大小不变的力F拉着放在光滑水平面上的物体，开始时与物体相连接的绳与水平面间的夹角是α，当拉力F作用一段时间后，绳与水平面间的夹角为β.已知图中的高度是h，求绳的拉力F T对物体所做的功．假定绳的质量、滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦不计． 二、用平均力求变力功 在求解变力功时，若物体受到的力的方向不变，而大小随位移是成线性变化的， 即力均匀变化时，则可以认为物体受到一大小为F＝F1＋F2 2的恒力作用，F1、F2分别为 物体初、末态所受到的力，然后用公式W＝F l cos α求此力所做的功． 2.把长为l的铁钉钉入木板中,每打击一次给予的能量为E0,已知钉子在木板中遇到的阻力与钉子进入木板的深度成正比,比例系数为k.问此钉子全部进入木板需要打击几次？
三、用F-x图象求变力功 在F-x图象中，图线与x轴所围“面积”的代数和就表示力F在这段位移所做的功，且位于x轴上方的“面积”为正，位于x轴下方的“面积”为负，但此方法只适用于便于求图线所围面积的情况． [典例3] 放在地面上的木块与一轻弹簧相连，弹簧处于自由伸长状态．现用手水平拉弹簧，拉力的作用点移动x1＝0.2 m时，木块开始运动，继续拉弹簧，木块缓慢移动了x2＝0.4 m的位移，其F-x图象如图所示，求上述过程中拉力所做的功． 四、用动能定理求变力功 动能定理既适用于直线运动,也适用于曲线运动,既适用于求恒力功也适用于求变力功.因使用动能定理可由动能的变化来求功,所以动能定理是求变力功的首选. 4.如图甲所示,一质量为m＝1 kg的物块静止在粗糙水平面上的A点,从t＝0时刻开始物块受到如图乙所示规律变化的水平力F的作用并向右运动,第3 s末物块运动到B点时速度刚好为0,第5 s末物块刚好回到A点,已知物块与粗糙水平面间的动摩擦因数μ＝0.2,求:(g＝10 m/s2) (1)A与B间的距离; (2)水平力F在前5 s内对物块做的
有关变力做功问题的求解
有关变力做功问题的求解 在整个高中物理教学和学习中，力学问题是高中物理学习的基础，是重点，也是难点。而在高中阶段求变力做功问题，既是学生学习和掌握的难点，也是教师教学的难点。那么变力做功的情况有那些？又如何来求解呢？下面就根据本人在高中物理教学中一点所得进行简单的总结。 1，运用等值法求变力做功 求某个过程中的变力做功，可以通过等效法把求该变力做功转换成求与该变力做功相同的恒力的功，即该变力的功和某一恒力的功相等，则可以同过计算该恒力的功，求出该变力的功。等效转换的关键是分析清楚该变力做功到底与哪个恒力的功是相同的。一般在某一恒力F 通过轻绳或轻杆在不受任何摩擦的情况下给某一物体的变力做功就等于该恒力做的功。此时可用功定义式W ＝ cos Fs 求恒力的功，从而可知该变力的功。这里要特别提醒的是，这种方法一般只用于求解大小恒定方向变化的变力做功问题。 例1、如图1所示，定滑轮至滑块的高度为h ，已知细绳的拉力为恒定F ，滑块沿水平面由A 点前进s 米至B 点，滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹角分别为α和β。求滑块由A 点运动到B 点过程中，绳的拉力对滑块所做的功。 分析：设绳对物体的拉力为T ，显然人对绳的拉力F 大小也等于T 。T 在对物体做功的过程中大小不变，但其方向在时刻改变，因此该问题是变力做功的问题。但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功。而拉力F 的大小和方向都不变，所以F 做的功可以用公式W=FScosa 直接计算。 解：由图可知，在绳与水平面的夹角由α变到β的过程中 拉力F 的作用点位移大小为：△S=S 1-S 2=h/sin α-h/sin β 所以：W T =W F =F △S=Fh(1/ sin α-1/ sin β)
几种求变力做功的常用方法
几种求变力做功的常用方法 摘要：在高中阶段求变力做功问题，既是学生学习和掌握的难点，也是教师教 学的难点。本文举例说明在高中阶段求变力做功的常用方法，比如用等效转换、 平均值及F-s图像、动能定理及功能关系、功率的表达式W=Pt、微元法、转换参 考系等方法来求解变力做功。 关键词：変力功等效平均值图像动能定理功能关系功率微元 法参考系 对于功的定义式W=Fscosα，其中的F是恒力，适用于求恒力做功，其中的s 是力F的作用点发生的位移，α是力F与位移s的夹角。在高中阶段求变力做功 问题，既是学生学习和掌握的难点，也是教师教学的难点。求变力做功的方法很多，比如用等效转换、平均值及F-s图像、动能定理及功能关系、功率的表达式 W=Pt、微元法、转换参考系等方法来求解变力做功。 一、等效转换法 求某个过程中变力做的功，可以通过等效转换法把求该变力做功转换成求与 该变力做功相同的恒力功，此时可用功定义式W=Fscosα求恒力的功，从而可知 该变力的功。等效转换的关键是分析清楚该变力做功到底与哪个恒力的功是相同的。 例1：如图所示，某人用恒定的力F拉动放在光滑水平面上的物体。开始时 与物体相连的轻绳和水平面间的夹角为α，当拉力F作用一段时间后，绳与水平 面间的夹角为β。已知图中的高度是h，绳与滑轮间的摩擦不计，求绳的拉力FT 对物体所做的功。 解析：拉力FT在对物体做功的过程中大小不变，但方向时刻改变，所以这是个变力做功问题。由题意可知，人对绳做的功等于拉力FT对物体做的功，且人对绳的拉力F是恒力，于是问题转化为求恒力做功。 由图可知，在绳与水平面的夹角由α变到β的过程中，拉力F的作用点的位移为：，所以绳对物体做功：。 二、平均力法及图像法 1.如果一个过程中，若F是位移s的线性函数时，即F=ks+b时，可以用F的平均值 F=(F1+F2)/2来代替F的作用效果来计算。关键是先判断变力F与位移s是否成线性关系，然 后求出该过程初状态的力F1和末状态的力F2，再求出平均力和位移，然后由W=Fscosα求其功。 2.对于力与位移方向在同一条直线上，大小随位移变化的力，在F-x图像中，图线与坐标 轴所围成的“面积”表示功，作出变力变化的F-x图像，图线与位移轴所围的“面积”即为变力做的功。力学中叫作示功图。 例2:如图所示，轻弹簧一端与竖直墙壁相连，另一端与一质量为m的木块连接，放在光 滑的水平面上。弹簧劲度系数为k，开始时处于自然长度。现用水平力缓慢拉木块，使木块 前进x，求拉力对木块做了多少功？ 解析：在缓慢拉动过程中，力F与弹簧弹力大小相等，即F=kx。当x增大时，F增大， 即F是一变力，求变力做功时，不能直接用Fscosα计算，可以用力相对位移的平均值代替它，把求变力做功转换为求恒力做功。F缓慢拉木块，可以认为木块处于平衡状态，故拉力等于 弹力，即F=kx。因该力与位移成正比，可用平均力F=kx求功，故W=F·x=kx2。 此题也可用图像法：F缓慢拉木块，可以认为木块处于平衡状态，故拉力等于弹力，即 F=kx，作出F-x图，求出图线与坐标轴所围成的“面积”，结果也是 W=F·x=1/2kx2。 三、动能定理法及功能关系法
变力做功的六种常见计算方法[1]
变力做功的六种常见计算方法在高中阶段，力做功的计算公式是W=FScosα，但是学生在应用时，只会计算恒力的功，对于变力的功，高中学生是不会用的。下面介绍六种常用的计算变力做功的方法，希望对同学们有所启发。 方法一：用动能定理求 若物体的运动过程很复杂，但是如果它的初、末动能很容易得出，而且，除了所求的力的功以外，其他的力的功很好求，可选用此法。 例题1：如图所示。质量为m的物体，用细绳经过光滑的小孔牵引在光滑水平面上做匀速圆周运动，拉力为某个数值F时，转动半径为R；拉力逐渐减小到0.25F时，物体仍然做匀速圆周运动，半径为2R，求外力对物体所做的功的大小。 解析：当拉力为F时，小球做匀速圆周运动，F提供向心力，则F=mv12/R；当拉力为0.25F时，0.25F=mv22/2R。此题中，当半径由R 变为2R的过程中，拉力F为变力，由F变为2F,我们可以由动能定理，求得外力对物体所做的功的大小W=0.5mv12—0.5mv22=0.25RF。 方法二：用功率的定义式求 若变力做功的功率和做功时间是已知的，则可以由W=Pt来求解变力的功。 例题2：质量为m=500吨的机车，以恒定的功率从静止出发，经过时间t=5min在水平路面上行使了s=2.25km，速度达到最大值v=54km/h。假设机车受到的阻力为恒力。求机车在运动中受到的阻力大小。
解析：机车先做加速度减小的变加速直线运动，再做匀速直线运动。所以牵引力F先减小，最后，F恒定，而且跟阻力f平衡，此时有功率P=Fv=fv。在变加速直线运动阶段，牵引力是变力，它在此阶段所作的功可以由w=Pt来求。由动能定理，Pt—fs=0.5mv2—0,把P=Fv=fv代入得，阻力f=25000N。 方法三：平均力法 如果变力的变化是均匀的（力随位移线性变化），而且方向不变时，可以把变力的平均值求出后，将其当作恒力代入定义式即可。 例题3：如图所示。 轻弹簧一端与竖直墙壁连接，另一端与一质量为m的木块相连，放在光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为k，开始时弹簧处于自然状态。用水平力缓慢的拉物体，在弹簧的弹性限度范围内，使物体前进距离x，求这一过程中拉力对物体所做的功。 解析：物体在缓慢运动过程中，拉力是从零开始均匀增大的，呈线性变化，所以整个过程中，拉力的平均值是F=0.5（0+kx）。因此，拉力对物体所做的功W=Fx=0.5（0+kx）×x=0.5kx2。 方法四：F——S图像法 利用图像中的“面积”求。在F——S图像中，在S内的图像跟S 轴所夹图形的“面积”，等于力F在位移S上所做的功。 例题4：在例题3中，可以利用此法求出结果。 解析： 做出拉力的F——S图像，如图所示。
高中阶段求变力做功
变力做功 一、运用功的公式求变力做功 求某个过程中的変力做功，可以通过等效法把求该変力做功转换成求与该変力做功相同的恒力的功，此时可用功定义式W ＝αcos Fs 求恒力的功，从而可知该変力的功。等效转换的关键是分析清楚该変力做功到底与哪个恒力的功是相同的。 例1：人在A 点拉着绳通过一定滑轮吊起质量m=50Kg 的物体，如图1所示，开始绳与水平方向夹角为ο60，当人匀速提起重物由A 点沿水平方向运动m s 2=而到达B 点，此时绳与水平方向成ο30角，求人对绳的拉力做了多少功？ 【解析】人对绳的拉力大小虽然始终等于物体的重力，但方向却时刻在变，而已知的位移s 方向一直水平，所以无法利用W ＝αcos Fs 直接求拉力的功.若转换一下研究对象则不难发现，人对绳的拉力的功与绳对物体的拉 力的功是相同的，而绳对物体的拉力则是恒力，可利用W ＝αcos Fs 求了！ 设滑轮距地面的高度为h ，则：( )s h =-ο ο60 cot 30cot 人由A 走到B 的过程中，重物上升的高度h ?等于滑轮右侧绳子增加的长度，即：ο ο60sin 30sin h h h - =?，人对绳子做的功为：( )( ) J J mgs h mg W 732131000 13≈-=-=??= 二、运用动能定理求变力做功 动能定理的表述：合外力对物体做功等于物体的动能的改变，或外力对物体做功的代数和等于物体动能的改变。对于一个物体在某个过程中的初动能和末动能可求，该过程其它力做功可求，那么该过程中変力做功可求。运用动能定理求变力做功关键是了解哪些外力做功以及确定物体运动的初动能和末动能。 例2：如图2所示，原来质量为m 的小球用长L 的细线悬挂而静止在竖直位置.用水平拉力F 将小球缓慢地拉到细线与竖直方向成θ角的位置的过程中，拉力F 做功为（ ） A. θcos FL B. θsin FL C. ()θcos 1-FL D. ()θcos 1-mgL 【解析】很多同学会错选B ，原因是没有分析运动过程，对Ｗ＝FLcosθ来求功的适用范 围搞错，恒力做功可以直接用这种方法求，但变力做功不能直接用此法正确的分析，小球的运动过程是缓慢的，因而任一时刻都可看作是平衡状态，因此F 的大小不断变大，F 做的功是变力功，小球上升过程中只有重力和拉力做功，而整个过程的动能改变为零，可用动能定理求解： 0=-'=+K K G F E E W W 所以 ()θcos 1-=-=mgL W W G F ，故D 正确。 三、运用Pt W =求变力做功 涉及到机车的启动、吊车吊物体等问题，如果在某个过程中保持功率P 恒定，随着机车或物体速度的 改变，牵引力也改变，要求该过程中牵引力的功，可以通过Pt W =求変力做功。 例3：质量为5000Kg 的汽车，在平直公路上以60kW 的恒定功率从静止开始启动，速度达到24m/s 的最大速度后，立即关闭发动机，汽车从启动到最后停下通过的总位移为1200m.运动过程中汽车所受的阻力不变.求汽车运动的时间. 【解析】牵引力是変力，该过程中保持功率P 恒定，牵引力的功可以通过Pt W =来求。汽车加速运动的时间为1t ，由动能定理得：0F -Pt f 1=?s G ο 60ο 30A B 图1 图2