功
解答過程如下:位移在f1、f2方向上的分量分別為s1=3m、s2=4m,f1對p做功為9j,f2對p做功為16j,二者的代數和為25j。f1、f2的合力為5n,物體的位移與合力方向相同,合力對物體做功為w=fs=5n×5m=25j。
例4.如圖5所示。a為靜止在水平桌面上的物體,其右側固定著一個定滑輪o,跨過定滑輪的細繩的p端固定在墻壁上,于細繩的另一端q用水平力f向右拉,物體向右滑動s的過程中,力f對物體做多少功?(上、下兩段繩均保持水平)
本例題仍重點解決計算功時對力和位移這兩個要素的分析。如果著眼于受力物體,它受到水平向右的力為兩條繩的拉力,合力為2f。因而合力對物體所做的功為w=2fs;如果著眼于繩子的q端,即力f的作用點,則可知物體向右發生s位移過程中,q點的位移為2s,因而力f拉繩所做的功w=f·2s=2fs。兩種不同處理方法結果是相同的。
(三)課堂小結
1.對功的概念和功的物理意義的主要內容作必要的重復(包括正功和負功的意義)。
2.對功的計算公式及其應用的主要問題再作些強調。
五、說明
1.考慮到功的定義式w=fs cos α與課本上講的功的公式相同,特別是對式中s的解釋不一,有物體位移與力的作用點的位移之分,因而沒有給出明確的功的定義的文字表達。實際問題中會用功的公式正確進行計算就可以了。從例題4可以看出,定義一個力對物體所做的功,將位移解釋為力的作用點在力的方向上的位移是比較恰當的。如果將位移解釋為受力物體在力的方向上的位移,學生會得出w=fs這一錯誤結果,還會理直氣壯地堅持錯誤,糾正起來就困難多了。
2.由于對功的物理意義的講解是初步的,因而對正功、負功的物理意義的講解也是初步的。這節課中只是講到受力物體得到能量還是失去能量這個程度。在學習了機械能守恒定律之后,再進一步作出說明。在機械能守恒的物理過程中,有重力做功,地球上的一個物體的機械能并沒有增加,因而正、負功的意義就不能用能量得失關系去說明了。在這種情況下,重力做正功,表示勢能向動能轉化;重力做負功,表示動能向勢能轉化,這里的正功、負功不再表示能量得失,而是表示能量轉化方向的。