变力做功的多种求解方法

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  大家对于恒力做功问题都能灵活地利用公式顺利求解,然而对于变力做功问题求解常常会感到较困难.下面
  介绍几种典型的常用的求解方法,以利于对此类问题正确处理.
  一、微元法
  此法适用于力的大小恒定,方向始终与速度同向或反向的力做功的求解.
  例1力F=10 N作用于半径
  r=1 m的转盘边缘上,其大小保持不变、方向始终保持在作用点处与圆盘边缘切线方向一致,则刚转动一周这个力F做的总功是多少?
  解析因为力F的大小保持不变,方向始终与圆盘边缘的速度方向相同,因而可将转动一周的过程分为很多很短的一段一段,在每一段上都可以认为是恒力做功,再将各段的功相加,即用力F的大小乘以一周的路程,故可得:
  W=Fs=F·2πr=10×2π×1 J=20π J.
  二、平均值法
  此法适用于力的方向不变,大小随位移匀速改变的力做功的求解.
  例2用竖直向下压力将放置在水平面上的一弹簧(k=2×104N/m)缓慢匀速压缩了10cm,则外加压力对弹簧做功J.
  解析因为弹簧的弹力F=kx,F的方向不变,而大小与x成正比,即F随着x均匀增大,所以此过程中力F的平均值为:F=12kx=12kL.故力F做的功为:
  W=FL=12kL2=12×2×104×0.12J=100J.
  例3用锤击钉,木板对钉子的阻力跟钉子进入木板的深度成正比,每次击钉子时,锤子对钉子做的功相同.已知第一次击钉时,钉子进入木板1 cm,求第二次击钉时,钉子进入木板的深度.
  解析由于木板对钉子的阻力跟钉子进入木板的深度成正比,因此可用平均值法求木板对钉子的阻力做的功.设f=kx,第二次击钉时,钉子进入木板的深度为x2,则有:
  0+kx12·x1=kx1+k(x1+x2)2·x2,其中x1=1 cm,∴x22+2x2-1=0,解之得:x2=2-1=
  0.414(cm)[注:另一根不合题意,舍去].
  三、转化法
  当变力做功不易求解时,可通过转化为恒力做功顺利求解.
  图1
  例4如图1所示,一人用绳子提升质量为m的物体,从A点缓慢地移到B点,∠AOB=45°,sAB=3m,求拉力做的功.
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