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先求出物体所受各力的合力F合,再根据W总=F合lcosα计算总功,但应注意α应是合力与位移l的夹角.
(2)总功等于各力做功的代数和
分别求出每一个力做的功:
W1=F1l1cosα1,W2=F2l2cosα2,W3=F3l3cosα3,⋯⋯再对各个外力的功求代数和,即:
W总=W1+W2+W3+⋯
功的判断1.判断下列三种情况下各力做功的正负情况:
(1)如图甲所示,光滑水平面上有一光滑斜面b,a由斜面顶端静止滑下,b对a的支持力FN对a物体做功.
(2)人造地球卫星在椭圆轨道上运行,由图乙中的a点运动到b点的过程中,万有引力做功.
(3)车M静止在光滑水平轨道上,球m用细线悬挂在车上,由图丙中的位置无初速地释放,在球下摆过程中绳的拉力做功.
思维点拨:
根据公式W=Flcosα中α与90°
的关系,以及能量的转化关系可判断功的正负.
解:
(1)做负功.因为支持力FN与位移l之间的夹角大于90°
.
(2)做负功.因为万有引力的方向和速度的方向的夹角大于90°
.
(3)对车做正功,对球做负功.因为绳的拉力使车的动能增加了,又因为M
和m构成的系统的机械能是守恒的,M的机械能增加必意味着m的机械能减少,所以绳的拉力一定对球m做负功.
甲图中的b物体和丙图中的M物体都是运动的,因此甲图中的a物体和丙图中的m物体受力方向和对地的速度方向并不垂直,切勿混淆模型.
功的判断2.一人乘电梯从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,则电梯支持力对人做功情况是()
A.加速时做正功,匀速时不做功,减速时做负功
B.加速时做正功,匀速和减速时做负功
C.加速和匀速时做正功,减速时做负功
D.始终做正功解析:
选D.力对物体做功的表达式为W=Flcosθ,0°
≤θ<
90°
时,F做正功,θ=90°
,F不做功,90°
<
θ≤180°
时,F做负功,支持力始终竖直向上,与位移同向,θ=0°
,故支持力始终做正功,D正确功的判断3.如图所示,物体在水平拉力F的作用下,沿粗糙的水平地面向右运动()
A.如果物体做加速直线运动,
B.如果物体做加速直线运动,
C.如果物体做减速直线运动,
D.如果物体做匀速直线运动,
解析:
选A.如果物体做加速直线运动,F的方向一定与运动方向一致,做正功,A正确,B错误;
如果物体做减速直线运动,当F的方向与运动方向一致时,F做正功,当F的方向与运动方向相反时,F做负功,C错误;
当物体做匀速直线运动时,F的方向与运动方向相同,做正功,D错误.
功的判断4.如图5-1-11所示,人造地球卫星在椭圆形轨道上运动,
由a点运动到b点的过程中,关于万有引力做功的情况,正确的说法是()
A.不做功B.做正功
C.做负功D.不能判定
图5-1-11
卫星从a点到b点,其速度的方向与万有引力的方向的夹角大于90°
,所以万有引力做负功.答案:
C
功的判断5.(2011·
安徽师大附中模拟)关于摩擦力做功,下列叙述正确的是()
A.摩擦力做功的多少只与初位置和末位置有关,与运动路径无关B.滑动摩擦力总是做负功,不可以不做功
C.静摩擦力一定不做功
D.静摩擦力和滑动摩擦力都既可做正功,也可做负功答案:
D
功的判断6.(2011·
长沙市一中月考)自动扶梯与水平地面间成θ角,一人站在扶梯上,扶梯从静止开始匀加速上升,达到一定速度后再匀速上升.若以FN表示水平梯板对人的支持力,G表示人所受的重力,Ff表示梯板对人的静摩擦力,则
A.
匀速过程中,
Ff=0,
FN、G都不做功
B.
加速过程中,
FN、G都做功
C.
Ff≠0,
Ff、FN、G都做功
D.
FN不做功
扶梯匀速运动过程中,人受重力G和支持力FN,不受摩擦力作用,且FN和G均做功且FN做正功,G做负功,扶梯加速运动过程中受重
力G、支持力FN和摩擦力Ff作用,三力均做功,故正确选项为C.功的判断7.如图5-1-13所示,在皮带传送装置中,皮带把物体P匀速带至高处,在此过程中,下述说法正确的是()
A.摩擦力对P做正功B.P物体克服摩擦力做功
C.摩擦力对皮带不做功D.合力对P做正功
因物体P受到的静摩擦力沿斜面向上,所以对P做正功,物体做匀速运动,合力对P做的功为零,故B、C、D均错.答案:
A功的判断8.某物体同时受到三个力作用而做匀减速直线运动,其中F1与加速度a的方向相同,F2与速度v的方向相同,F3与速度v的方向相反,则()
A.F1对物体做正功B.F2对物体做正功
C.F3对物体做负功D.合外力对物体做负功
因物体做匀减速运动,a的方向与v的方向相反,故F1对物体做负功,A错;
F2与速度v方向相同做正功,B正确;
F3与v方向相反做负功,C正确;
合外力的方向与运动方向相反做负功,D正确.答案:
BCD功的判断9如图5-1-6所示,小物体A位于光滑的斜面上,斜面位于光滑的水平面上,从地面上看,小物块沿斜面下滑的过程中,斜面对小物块的作用力()
A.垂直于接触面,做功为零B.垂直于接触面,做功不为零
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
因斜面放在光滑的水平面上,当A下滑时,斜面在A的压力下将向右加速运动,A的运动是A相对斜面的下滑和随斜面向右运动的合运动,如图5-7所示,斜面对小物块的弹力方向垂直于接触面,弹力F与小物块的对地位移的夹角大于90°
,所以斜面对小物块的作用力做负功,正确选项为B.答案:
B
功的判断10.在加速运动的车厢中,一个人用力向前推车厢,如图5
-1-8所示,人相对车厢未移动,则下列说法正确的是()
A.人对车不做功B.人对车做负功
C.推力对车做正功D.人对车做正功
(1)对人,如图5-1-9(a)所示,车厢对人的作用力有:
车厢对人的弹力F1,车厢底对人的支持力FN1,车厢底对人的静摩擦力F2,设车厢的位移为s,则车厢对人做的功W1为:
W1=F2s-F1s,由于人和车都在做加速运动,故有F2-F1=ma,因而F2>
F1,故W1>
0.
(2)对车厢如图5-1-9(b)所示,人对车厢的作用力有:
推力F3,对底板的压力FN2,人对车的摩擦力F4,则人对车厢做功W2为:
W2=F3s-F4s.由于F3=F1,F4=F2,所以F3<
F4,故有W2<
0.由以上分析可知:
人对车做负功,推力对车做正功,车对人做正功.答案:
BC
功的判断11.(2010·
广州二测)如图所示,质量为m的木块放在倾角为α的斜面上与斜面一起水平向左匀速运动,木块()
A.对斜面的压力大小为mgcosαB.所受的支持力对木块不做功C.所受的摩擦力对木块做负功D.所受的摩擦力方向可能沿斜面向下
答案:
AC
解析:
木块受力平衡,受力情况如图所示.木块水平向左运动,则支持力FN对木块做正功,摩擦力Ff对木块做负功,重力mg不做功,木块对斜面的压力FN′=FN=mgcosα,综上所述,可知选项A?
C对,B?
D错.
功的计算
功的计算1.如图所示,绳的一端固定在天花板上,通过一动滑轮将质量m=10kg的物体由静止开始以2m/s2的加速度提升3s.求绳的另一端拉力F在这3s内所做的功.(g取10m/s2,滑轮和绳的质量及摩擦均不计)
解答本题时可按以下思路分析:
求出绳子上的拉力―→求出力的作用点的位移―→计算拉力所做的功
规范解答:
物体受到两个力的作用:
拉力F′和mg.由牛顿第二定律得:
F′-mg=ma
1
解得:
F′=120N则力F=2F′=60N
21物体从静止开始匀加速上升,3s内的位移为:
l=2at2=9m力F的作用点的位移为2l=18m
所以力F做的功为:
W=F·
2l=1080J.
应用功的公式W=Flcosα计算力对物体所做的功,必须搞清楚式中各物理量的含义:
l是力F的作用点的位移,且力的作用点的位移跟物体的位移在很多问题中往往不同,故必须找出力的作用点的位移.
功的计算2.如图所示,质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上,物体与斜面的动摩擦因数为μ,现使斜面沿水平方向向左匀速移动距离为L.
求:
(1)摩擦力对物体所做的功;
(2)斜面弹力对物体所做的功;
(3)重力对物体所做的功.
物体受力情况如图所示,由于物体相对斜面静止,且斜面又向左匀速运动距离L,这些力均是恒力,故可用W=Flcosθ计算各力的功.
由于物体做匀速运动,据平衡条件有:
F1=mgcosθ,F2=mgsinθ.
由W=Flcosθ得:
(1)W1=F2Lcos(180°
-θ)=-mgLsinθcosθ.
(2)W2=F1Lcos(90°
-θ)=mgLsinθcosθ.
(3)W3=mgLcos90°
=0.
功的计算3.(2011年广东六校联考)如图所示,滑雪者由静止开始沿斜坡从A点自由滑下,然后在水平面上前进至B点停下.已知斜坡、水平面与滑雪板之间的动摩擦因数都为μ,滑雪者(包括滑雪板)的质量为m.A、B两点间的水平距离为L.在滑雪者经过AB段运动的过程中,克服摩擦力做的功
A.大于μmgLB.等于μmgL
C.小于μmgLD.以上三种情况都有可能
选B.设斜面的倾角为θ,则对滑雪者从A到B的运动过程中摩擦力做的功为:
Wf=μmgACcosθ+μmCgB①,
由图可知ACcosθ+CB=L②,由①②两式联立可得:
Wf=μmg,L故B正确.
功的计算4.(2011年宝鸡质检)如图所示,长为L的木板水平放置,在木板的A端放置一个质量为m的小物体,现缓慢抬高A端,使木板以左端为轴在竖直面内转动,当木板转到与水平面成α角时小物体开始滑动,此时停止转动木板,小物体滑到木板底端时的速度为v,则在整个过程中()
A.