機械能考點例析
3物體機械能的增量由重力以外的其他力做的功來量度:w其=δe機,(w其表示除重力以外的其它力做的功),這就是機械能定理。
4當w其=0時,說明只有重力做功,所以系統的機械能守恒。
5一對互為作用力反作用力的摩擦力做的總功,用來量度該過程系統由于摩擦而減小的機械能,也就是系統增加的內能。q=fd(d為這兩個物體間相對移動的路程)。
二、解析典型問題
問題1:弄清求變力做功的幾種方法
功的計算在中學物理中占有十分重要的地位,中學階段所學的功的計算公式w=fscosa只能用于恒力做功情況,對于變力做功的計算則沒有一個固定公式可用,下面對變力做功問題進行歸納總結如下:
1、等值法
等值法即若某一變力的功和某一恒力的功相等,則可以通過計算該恒力的功,求出該變力的功。而恒力做功又可以用w=fscosa計算,從而使問題變得簡單。
例1、如圖1,定滑輪至滑塊的高度為h,已知細繩的拉力為f(恒定),滑塊沿水平面由a點前進s至b點,滑塊在初、末位置時細繩與水平方向夾角分別為α和β。求滑塊由a點運動到b點過程中,繩的拉力對滑塊所做的功。
分析與解:設繩對物體的拉力為t,顯然人對繩的拉力f等于t。t在對物體做功的過程中大小雖然不變,但其方向時刻在改變,因此該問題是變力做功的問題。但是在滑輪的質量以及滑輪與繩間的摩擦不計的情況下,人對繩做的功就等于繩的拉力對物體做的功。而拉力f的大小和方向都不變,所以f做的功可以用公式w=fscosa直接計算。由圖1可知,在繩與水平面的夾角由α變到β的過程中,拉力f的作用點的位移大小為:
2、微元法
當物體在變力的作用下作曲線運動時,若力的方向與物體運動的切線方向之間的夾角不變,且力與位移的方向同步變化,可用微元法將曲線分成無限個小元段,每一小元段可認為恒力做功,總功即為各個小元段做功的代數和。
例2 、如圖2所示,某力f=10n作用于半徑r=1m的轉盤的邊緣上,力f的大小保持不變,但方向始終保持與作用點的切線方向一致,則轉動一周這個力f做的總功應為:
a、 0j b、20πj
c 、10j d、20j.
分析與解:把圓周分成無限個小元段,每個小元段可認為與力在同一直線上,故δw=fδs,則轉一周中各個小元段做功的代數和為w=f×2πr=10×2πj=20πj=62.8j,故b正確。
3、平均力法
如果力的方向不變,力的大小對位移按線性規律變化時,可用力的算術平均值(恒力)代替變力,利用功的定義式求功。
例3、一輛汽車質量為105kg,從靜止開始運動,其阻力為車重的0.05倍。其牽引力的大小與車前進的距離變化關系為f=103x+f0,f0是車所受的阻力。當車前進100m時,牽引力做的功是多少?
分析與解:由于車的牽引力和位移的關系為f=103x+f0,是線性關系,故前進100m過程中的牽引力做的功可看作是平均牽引力 所做的功。由題意可知f0=0.05×105×10n=5×104n,所以前進100m過程中的平均牽引力:
∴w= s=1×105×100j=1×107j。
4、用動能定理求變力做功