5.2 功 教學(xué)設(shè)計(新課標(biāo))
例2 用水平恒力f作用在質(zhì)量為m的物體上,使之在光滑的水平面上沿力的方向移動距離s,恒力做功為 ,再用該恒力作用于質(zhì)量為m( )的物體上,使之在粗糙的水平面上移動同樣距離s,恒力做功為 ,則兩次恒力做功的關(guān)系是( )
a. b. c. d.無法判斷
分析:在粗糙水平面上移動一段距離,跟在光滑水平面上移動的相同距離,對力f做功來說, 是相同的,即 。
解:正確選項為c.
點評:求功時,必須要明確哪個力在哪個過程中的功.根據(jù)功的定義,力f所做的功與f的大小及在f的方向上發(fā)生的位移大小的乘積有關(guān),與物體是否受其它力及物體的運動狀態(tài)等其它因素均無關(guān).即力做功具有獨立性.
例3 如圖所示,拉力f使質(zhì)量為m的物體勻速地沿著長為l傾角為 的斜面的一端向上滑到另一端,物體與斜面間的動摩擦因數(shù)為 ,分別求作用在物體上各力對物體所作的功.
分析:選物體為研究對象,其受力為拉力f,重力mg,彈力 ,摩擦力 。
解:(1)拉力f對物體所做的功為
由于物體作勻速運動,故
所以
即拉力f對物體做正功.此拉力f,一般稱為動力或牽引力.
(2)重力mg對物體所做的功為:
即重力對物體做負(fù)功,即亦物體克服重力所做的功為 。
(3)摩擦力對物體所做的功為
即摩擦力對物體做負(fù)功.也可以說是物體克服摩擦力做了功
(4)彈力 對物體所做的功為
即彈力對物體不做功.
點評:講功必須分清是哪個力做的功,在解題時一定要注意題目中是求哪個力做的功,正確找出力f、位移s和夾角 的關(guān)系。
例4 如圖所示,一個質(zhì)量為m的木塊,放在傾角為 的斜面體上,當(dāng)斜面與木塊保持相對靜止沿水平方向向右勻速移動距離s的過程中,作用在木塊上的各個力分別做功多少?合力的功是多少?
分析:木塊發(fā)生水平位移的過程中,作用在木塊上共有三個力,重力mg,支持力 ,靜摩擦力 ,根據(jù)木塊的平衡條件,由這三個力的大小,物體的位移及力與位移的夾角.即可由功的計算公式算出它們的功.
解:沿斜面建立直角坐標(biāo)將重力正交分解,由于物體相對斜面靜止而在水平面上做勻速運動,根據(jù)力的平衡條件可得
斜面對木塊的支持力 為
斜面對木塊的靜摩擦力 為
支持力 與位移s間的夾角為 ,則支持力做的功
摩擦力 與位移s的夾角為 ,則摩擦力 做功
重力與位移的夾角為90,則重力做的功
合力做的功等于各個力做功的代數(shù)和,即
點評:可以看出,斜面對物體的彈力有的做功、有的不做功,關(guān)鍵在于物體在這個彈力的方向上是否有位移.不能簡單的說斜面的彈力對物體不做功。
本題合力做的功也可以先計算出合力,再求出合力的功
例5 如圖所示,木塊a放在木塊b的左上端,用恒力f將a拉至b的右端.第一次將b固定在地面上,f做的功為 ;第二次讓b可以在光滑的地面上自由滑動,f做的功為 .比較兩次做功,應(yīng)有