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- 2021-06-01 发布
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利用动能定理巧解变力功
一、 考点突破:
知识点
考纲要求
题型
说明
利用动能定理巧解变力功
1. 熟练掌握功的计算方法;
2. 掌握动能定理的解题思路;
3. 掌握利用动能定理求解变力功的方法。
选择题
计算题
属于高考重点,既是高频考点同时也是高考的难点,是解决变力功问题最简洁、最有效的方法,考查的主线是从能量观点解决问题。
二、重难点提示:
重点:用动能定理求解变力功的方法。
难点:区分恒力功和变力功。
一、利用动能定理解决变力做功应注意的问题
1. 动能定理:。
说明:动能变化涉及两个状态,做功涉及一个过程。
2. 求外力总功的方法
a . 先求合外力,再求合外力做的功;
b . 先求各个力做的功,再求代数和。
3. 用动能定理解题的步骤:
a . 选择研究对象,明确研究过程;
b. 对研究对象进行受力分析,分析各个力所做的功;
c. 分析这个过程的初末两个状态,解决初末动能问题;
d . 列动能定理表达式,求解问题。
二、解决变力做功的方法总结
1. 与势能相关的变力,可以由势能的变化来求解,如弹簧弹力、万有引力和电场力;
2. 全程变力分段恒力,如滑动摩擦力和空气阻力等;
3. 利用变力对位移的平均作用力来求解,尤其是力与位移成正比时;
4. 利用F-x图象中的面积来解决;
5. 利用功率来解决,比如在机车以额定功率启动过程中牵引力的做功;
6. 利用动能的变化和已知力的功来求解。
例题1 如图所示,质量为m的小球用长为L的轻质细线悬于O点,与O点处于同一水平线上的P点处有一个光滑的细钉,已知OP=,在A点给小球一个水平向左的初速度v0,发现小球恰能到达跟P点在同一竖直线上的最高点B。求:
3
(1)小球到达B点时的速率;
(2)若不计空气阻力,则初速度v0为多少;
(3)若初速度v0=3,则小球在从A到B的过程中克服空气阻力做了多少功?
思路分析:(1)小球恰能到达最高点B,有mg=,得vB= ;
(2)若不计空气阻力,从A→B由动能定理得
-mg(L+)=mvB2-mv02
解得v0=;
(3)由动能定理得
-mg(L+)-Wf=mv B2-mv02
解得Wf=mgL。
答案:(1) (2) (3)mgL
例题2 如图所示,一个质量为m的圆环套在一根固定的水平直杆上,环与杆间的动摩擦因数为 µ。现给环一个向右的初速度v0,如果环在运动过程中还受到一个方向始终竖直向上的力F的作用,已知力F= k v(k为常数,v为环运动的速度),试求环在运动过程中克服摩擦力所做的功。(假设杆足够长)
思路分析:当mg=kv0时,即v0=时,环作匀速运动,Wf=0,环克服摩擦力所做的功为零;
当mg>kv0时,即v0<时,环在运动过程中,v减少,最终环静止,Wf=,环克服摩擦力所做的功为;
3
当mg<kv0时,即v0>时,环在运动过程中,v减少,F减少,减少到mg=kv时,环作匀速运动,Wf=,环克服摩擦力所做的功为。
答案:v0=时,环克服摩擦力所做的功为零;v0<时,环克服摩擦力所做的功为;v0>时,环克服摩擦力所做的功为。
【易错警示】应用动能定理求变力做功时应注意的问题
(1)所求的变力的功不一定为总功,故所求的变力的功不一定等于ΔEk;
(2)若有多个力做功时,必须明确各个力做功的正负,待求的变力的功若为负功,可以设克服该力做功为W,则表达式中应用-W;也可以设变力的功为W,则字母W本身含有负号。
满分训练:如图所示,一质量为m的质点在半径为R的半球形容器中(容器固定)由静止开始自边缘上的A点滑下,到达最低点B时,它对容器的正压力为FN,重力加速度为g,则质点自A滑到B的过程中,摩擦力对其所做的功为( )
A. R(FN-3mg) B. R(3mg-FN)
C. R(FN-mg) D. R(FN-2mg)
思路分析:质点到达最低点B时,它对容器的正压力为FN,根据牛顿第二定律有FN-mg=m,根据动能定理,质点自A滑到B的过程中有Wf+mgR=mv2,故摩擦力对其所做的功Wf=RFN-mgR,故A项正确。
答案:A
3
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