分析變力做功.ppt

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1、分析變力做功物理解題研究專題三福州金橋高級(jí)中學(xué)許改親知識(shí)回憶1.機(jī)械功的計(jì)算以及各個(gè)字母的物理意義？W=Fscosθ（F為恒力）2.功與能的關(guān)系（聯(lián)系與區(qū)別）？（1）功是能量變化的量度（2）功是過(guò)程量，能是狀態(tài)量3.動(dòng)能定理？合外力對(duì)物體所做的功等于物體動(dòng)能的改變。即W=Ek2－Ek1功是中學(xué)物理中的重要概念，它體現(xiàn)了力對(duì)物體的作用在空間上的累積過(guò)程，在高考考綱中屬Ⅱ級(jí)要求。對(duì)功尤其是變力做功是高考考查熱點(diǎn)，亦是考生應(yīng)考難點(diǎn)。對(duì)此類問(wèn)題如何分析求解，也是體現(xiàn)對(duì)物理問(wèn)題分析的一種思想方法，是學(xué)生應(yīng)該重點(diǎn)掌握的內(nèi)容，下面結(jié)合一實(shí)例進(jìn)行相關(guān)分析。目標(biāo)要求如圖1所

2、示，盛有純水的容器中，有一質(zhì)量為m、邊長(zhǎng)為a的正方體木塊靜止地浮于水面，并有一半露出水面外，其下表面距容器底部為a。容器的底面積為S=2a2。現(xiàn)用一根細(xì)長(zhǎng)的木棒將木塊緩慢地壓至容器底部，求木棒的壓力做了多少功？典型例題解一：直接用壓力F求解做功。在整個(gè)過(guò)程中將壓力做功分二個(gè)階段求解，一是由圖l位置到木塊剛好全部浸沒(méi)，二是木塊剛好全部浸沒(méi)到移至容器底部。(1)在第一階段，壓力F與位移x成正比，如圖2所示，x1表示由圖示位置到木塊剛好全部浸沒(méi)時(shí)木塊發(fā)生的位移，F(xiàn)l表示木塊剛好全部浸沒(méi)時(shí)所受的壓力，故在這一過(guò)程中壓力所做的功W1為開(kāi)始時(shí)木塊所受浮力與其重力相等，

3、設(shè)水的密度為ρ，木塊的質(zhì)量為m，則此時(shí)木塊所受浮力為F’，設(shè)木塊下降x時(shí)剛好全部浸沒(méi)水中，此時(shí)水面上升y，則(2)在木塊剛好全部浸沒(méi)到移至容器底部這個(gè)階段中，木塊所受的壓力大小不變，始終為F1，故在這一過(guò)程中木棒對(duì)木塊的壓力所做的功W2為故整個(gè)過(guò)程中壓力所做的功為當(dāng)木塊全部浸沒(méi)時(shí)所受的浮力為F’’=2F’，則此時(shí)它所受的壓力Fl為解二：用動(dòng)能定理求解以木塊為研究對(duì)象，由W合=ΔEk=0，即木塊所受的壓力所做的功W，木塊所受重力所做的功WG和木塊所受浮力所做的功WF三者的代數(shù)和為零，即W+WG+WF=0(1)在整個(gè)過(guò)程中重力做功為WG=mga。(2)木塊所受

4、的浮力做功分二個(gè)過(guò)程考慮1)木塊由初始位置至木塊剛好全部浸沒(méi)時(shí)，所受浮力大小變化如F—x圖(圖3)，則在這一過(guò)程中浮力所做功W1(負(fù)功)為：(即陰影部分面積)2)由木塊剛好完全浸沒(méi)至移至容器底部時(shí)，浮力F不變，即F=2mg，則在這一過(guò)程中所受浮力所做功W2(負(fù)功)為整個(gè)過(guò)程中木塊所受浮力所做的功WF為：故整個(gè)過(guò)程中木塊所受的壓力所做功W為：解三：用等效法求解由能量轉(zhuǎn)化與守恒定律得，木棒壓力所做功可轉(zhuǎn)化為木塊的重力勢(shì)能變化△EP與等效水塊重力勢(shì)能的變化△EP’，即W=△EP+△EP’(1)在整個(gè)過(guò)程中木塊重力勢(shì)能變化量為△EP=-mga(2)等效水塊的重力勢(shì)

5、能的變化分二個(gè)階段求解。1)木塊由初始位置到剛好完全浸沒(méi)時(shí)，等效水塊(圖4斜線陰影部分)其重力為這一過(guò)程中其重力勢(shì)能增加量為2)木塊由剛好完全浸沒(méi)至移至容器底部時(shí)，等效水塊(圖5陰部分)其重力為這一過(guò)程中其重力勢(shì)能增加量為整個(gè)過(guò)程中水的重力勢(shì)能變化為所以整個(gè)過(guò)程中壓力所做的功為通過(guò)上面的分析我們了解到，雖然對(duì)于變力做功一般要依定義式W=Fscosθ按微元法求解，但在簡(jiǎn)單情況下可依物理規(guī)律通過(guò)技巧的轉(zhuǎn)化間接求解。這種求解方法可歸結(jié)為：(1)圖像法如果參與做功的變力，方向與位移方向始終在同一直線上且大小隨位移作線性變化，我們可作出該力隨位移變化的圖像，那么圖線

6、下方所圍成的面積，即為變力做的功．歸納總結(jié)(2)動(dòng)能定理法在某些問(wèn)題中，由于力F大小或方向的變化，導(dǎo)致無(wú)法直接由W=Fscosθ求變力F做功的值。此時(shí)，我們可由其做功的結(jié)果——?jiǎng)幽艿淖兓瘉?lái)求變力F的功W=ΔEk歸納總結(jié)(3)功能關(guān)系法(等效法)能是物體做功的本領(lǐng)，功是能量轉(zhuǎn)化的量度．由此，對(duì)于大小、方向都變化的變力F所做的功，可以通過(guò)對(duì)物理過(guò)程的分析，從能量轉(zhuǎn)化多少的角度來(lái)求解。歸納總結(jié)一立方體木塊，邊長(zhǎng)為0.2m，放在水池中，恰有一半浮出水面而處于靜止?fàn)顟B(tài)。若池深1m，用力將木塊慢慢推至池底，在這一過(guò)程中必須對(duì)木塊做多少功？課后練習(xí)參考答案：34J