逍遥右脑 2013-01-18 01:48
6.1 功
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考纲要求：理解功的概念及功的计算方法
【知识梳理】
1．功的意义：功是力的空间积累效应。它是能量转化的桥梁与量度，能量的相互转化也反映了物体运动形式的相互转化，所以通过功与能量的研究，可以建立力与运动的联系。
2．力做功的条： 。
3．功的数据表达式： ，其中 为 夹角。
4．功的两种表述：①功等于力与力方向上位移的乘积；②功等于位移方向的分力与位移的乘积。
5．功是标量，即只有大小，没有方向。但功能正负，正功表示 ，负功表示 。
6．变力做功：①一种变力是力随位移均匀变化，即力与位移是一次函数关系，这种变力做功，可以用力的平均求功；②任意变力，这种变力做功，一般是通过功能关系求解。
【要点讲练】
1．功概念的理解：
例1．下列说法中正确的是 ( )
A．功是矢量，正负表示方向
B．功是标量，正负表示外力对物体功，还是物体克服外力做功
C．力对物体做正功还是做负功，取决于力和位移的方向的关系
D．力做功总是在某过程中完成，所以功是一个过程量
变式1、一人乘电梯从1楼到20楼，在此过程中经历了先加速，后匀速，再减速的运动过程，则电梯支持力对人作功情况是 （ ）
A．加速时做正功，匀速时不做，减速时做负功
B．加速时做正功，匀速和减速时做负功
C．加速和匀速作正功，减速时做负功
D．始终做正功
变式2、如图，物块位于光滑的斜面上，斜面位于光滑的水平地面上，从地面上看在物块沿斜面下滑的过程中， 斜面对物块的作用力 （ ）
A．垂直于接触面，做正功
B．垂直于接触面，做负功
C．不垂直于接触面，做功为零
D．不垂直于接触面，做功不为零
2．功的计算：确定所求的功：计算功时要明确求哪个力在什么过程中所做的正功还是负功。
例2：如图所示,质量为m的物体静止在倾角为α的斜面体上,在水平推力F作用下,使物体与斜面体保持相对静止,一起匀速通过 位移.则此过程中,斜面体对物体做的总功为（ ）
A.0 B.F C.mg sinα D.mg cosα
思考：物体所受各力做的功各是多少？总功多少？
变式3、 （2008宁夏理综）一滑块在水平地面上沿直线滑行，t=0时其速度为1 m/s。从此刻开始滑块运动方向上再施加一水平面作用F，力F和滑块的速度v随时间的变化规律分别如图a和图b所示。设在第1秒内、第2秒内、第3秒内力F对滑块做的功分别为 则以下关系正确的是
A. B.
C. D.
变式4、一物体沿直线运动,其v-t图象如图,已知在前2 s内外合力对物体做功为W,则 （ ）
A.从第1 s末到第2 s末合外力为 W
B.从第3 s末到第5 s末合外力做功为-W
C.从第5 s末到第7 s末合外力做功为W
D.从第3 s末到第5 s末合外力做功为- W
变式5、放在水平光滑地面上的静止物体,受F=10N的水平向右的力推动,运动8m时突然将此力反向,但大小不变,一直把物体推回原处(即全过程总位移为0),有人用W＝F Cos α算出此力在全过程中做的功等于零 ，你怎么看?
3.关于变力做功
方法：（1）用动能定理或功能关系求解（2）将变力的功转化为恒力的功求解
例3、（海门市2008届第一次诊断性考试）如图所示，一劲度系数为k的轻弹簧，一端固定在竖直的墙上，用手拉住弹簧另一端缓慢地向右拉．试证明在人手拉着弹簧的右端向右移动l距离的过程中，人手克服弹力做的功W=kl2/2．
由于弹簧的弹力F与弹簧的形变量x成正比．即F=kx．本题中x就是人手向右移动的距离L，因此我们可以 ，如图所示．
如果我们将L无限细分成很多相等的小段△x，当△x趋近于零时，则 ．
△x与图线所构成的图形为矩形，因此在这段 ．
由于功是标量，所以弹力在L的位移内所做的总功就等于各个小段△x上的功(即矩形面积)的总和.故人手克服弹力所做的功为W= ．
例4.如图，小物块的质量为m，从高度为h的斜面顶端静止起滑下，斜面底端有一弹性挡板，物块碰到挡板后原速反弹，已知物块和斜面之间的动摩擦因数为μ，求最终物块通过的路程为多少？
变式6、某人利用如图5.1-2所示的装置，用100N的恒力F作用于不计质量的细绳的一端，将物体从水平面上的A点移到B点。已知α1=30°，α2=37°，h=1.5m。不计滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦。求绳的拉力对物体所做的功。
4.关于作用力和反作用力做功及摩擦力功的特点：
例5、关于力对物体做功，以下说法正确的是（ ）
A．一对作用力和反作用力在相同时间内做的功一定大小相等，正负相反
B．不论怎样的力对物体做功，都可以用W=Fscosα
C．合外力对物体不作功，物体必定做匀速直线运动
D．滑动摩擦力和静摩擦力都可以对物体做正功或负功
E、一对静摩擦力做功，代数和不一定为0
F、对滑动摩擦力做功性质不一定相反，代数和一定为负
变式7、如图所示,粗糙的斜面与光滑的水平面相连接,滑块沿水平面以速度
v0运动,设滑块运动到A点的时刻为t=0,距B点的水平距离为x,水平速度为
vx.由于v0不同,从A点到B点的几种可能的运动图象如下列选项所示,其中
表示摩擦力做功最大的是（ ）
变式8、如图所示,一质量为、长为L的木板,放在光滑的水平
地面上,在木板的右端放一质量为m的小木块,用一根不可伸长的轻绳通过光滑的定滑轮分别与m、相连接,木块与木板间的动摩擦因数为μ.开始时木板和木块静止,现用水平向右的拉力F作用在上,将m拉向木板左端的过程中,拉力至少做功为 （ ）
A.2μmgLB. μmgLC. μ(+m) gL D. μmgL
变式9、如图所示,质量为m的物块与转台之间能出现的最大静摩擦力为物块重力的k倍.它与转轴OO′相距R,物块随转台由静止开始转动,当转速增加到一定值时,物块即将在转台上滑动,在物块由静止到开始滑动前的这一过程中,转台对物块做的功为（ ）
A. kmgRB.0C.2πkmgRD.2kmgR