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  • 如何正确理解功的公式中的位移

    日期:2004-01-10  地址:  作者:
      

         

    功的定义是:一个物体受力的作用,如果在力的方向上发生一段位移,那么我们就说这个力对物体做了功。

    功的公式是:

    要正确理解功的公式中的位移,需注意以下几点:

    (1)功的定义中的位移S指的是力的作用点的位移。如果力是直接作用到物体上,那么作用点的位移就是物体的位移;如果力不是直接作用到物体上,那么作用点的位移就不是物体的位移。

    (2)功的定义中的位移S指的是相对于地的位移。

    下面分几种情况说明一下:

    1、作用点在物体上:

     例1、如图1所示,一恒力F作用到物体上,物体沿水平面发生的位移为S,力和位移的夹角为θ,求力所做功W

    分析:因为力是直接作用到物体上,所以力

    的作用点的位移就是物体的位移。

    故:力所做的功

      例2、如图2所示,木板质量为M,长度为L,木块质量为m,大小可不计,水平地面光滑,一根不计质量的轻绳通过定滑轮分别与M和m连接,木块与木板间的动摩擦因素为μ。开始时木块静止在木板左端,现用水平向右的力将m拉向木板的右端,求拉力至少做多少功?

    分析:如图3所示,把木块m从木

    板左端拉向木板的右端,相对于地的位

    移S一定且为L/2。要使拉力做功最少

    须拉力最小。

    解:分别以木块和木板为研究对象

    受力分析如图4所示,由题意知木块

    和木板做匀速运动时拉力最小,则:

    对木块有:F=T+f

    对木板有:T/=f/

    由牛顿第三定律知:T/=T

    f/=f=μmg

    故拉力的最小值为F=2f=2μmg

    拉力做功的最小值为:

    图4

     w=FS=2μmg×L/2

    w=μmgL

    注意:此题拉力F作用点的位移就是木块的位移,但计算拉力F做功时位移应是木块相对于地的位移S,而不是相对于木板的位移S

    2、作用点不在物体上,作用点不变:

      例3如图5所示,一根轻质细绳一端固定在墙上,另一端穿过固定在物体上的动滑轮(滑轮的大小忽略不计),并用恒力F作用,F与水平方向的夹角为α,在力F的作用下物体沿水平面发生的位移为S/,求在此过程中力F所做的功W

    分析:因为力不是直接作用到物体上,所

    以力的作用点的位移不是物体的位移,选绳

    与滑轮接触点O为力F的作用点,此作用点

    相对于绳的位置不变,相对于地的位移为S

    (如图5所示)。求力F做的功需先求出S

    与S/的关系,F与S的夹角。由图中的几何

    关系知:

    , F与S的夹

    角也为θ,故力F所做的功:

    3作用点不在物体上,作用点变:

     例4、如图6所示,质量为M千克的人,坐在用滑轮组悬挂的m千克的平板上,他用力拉细绳的一端使他从静止开始与平板一起以a米/秒2的加速度匀加速向上运动t秒,滑轮和绳的摩擦、质量都不计。求人在t秒内做的功W

    分析:人在t秒内做的功就是人对绳的拉力

    F所做的功。力F没有直接作用到人和平板上,

    并且力F的作用点在绳上不断变化,这种情况

    下,力F做功是分段进行的。由图6可知:若

    人和平板t秒内上升的位移为S,则力F做功可

    分三段进行,每一段位移都为S,总位移S/=3S。

    故人在t秒内做的功W=FS/=F×3S

    : 以人和平板整体为研究对象,受力分

    析如图所示,根据牛顿第二定律得:


    Tags:如何
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