作者：郭 磊
来源：《中小学实验与装备》 2015年第6期
山东省淄博市周村区实验中学(２５５３００) 郭 磊
在高中物理教材中,应用恒力对物体做功的物理模型推导出功的计算式为:W ＝FScosα.如果力的大小是变化的,那么公式中的F 就无法取值;如果力的方向是变化的,公式中的角α 就无法取值,因而此公式只适用于恒力做功问题.而对于变力做功情况在高中物理中又经常出现,学生在解决这一方面问题时往往无从下手.那么如何使这一复杂问题简单化,变成应用高中物理知识就可以解决的问题呢? 下面通过实例分析介绍总结几种解决变力做功的常用方法.
１ 微元法思想
当物体在变力作用下做曲线运动时,可用微元法将曲线分成无限个微小段,每一小段可认为恒力做功,总功即为各个小段做功的代数和.
如图１所示,有一台小型石磨,某人用大小恒为F ,方向始终与磨杆垂直的力推磨.假设施力点到固定转轴的距离为L ,在使磨转动一周的过程中,推力做了多少功?
解析:由于力F 方向不断变化,因此是一个变力做功问题,如果将运动轨迹分成无限个微小段ΔS１,ΔS２,ΔS３???? ,每一小段曲线近似看为直线,力F 的方向也近似与这一小段的轨迹重合,则每一小段均可看作恒力做功过程.
３ 动能定理法
动能定理求变力做功是非常方便的,但是必须知道初、末两个状态的物体的速度,以及在中间过程中分别有哪些力对物体做功,各做了多少功.
如图３所示,把一个质量为m 的小球系在轻绳的一端,轻绳的另一端穿过光滑木板的小孔,且受到竖直向下的拉力作用.当拉力大小为F１ 时,小球在光滑木板平面上做半径为R１ 的匀速圆周运动;今将拉力逐渐增大为F２ 时,小球仍在光滑木板平面上做匀速圆周运动,但运动半径变为R２.求在此过程中拉力对小球做了多少功?
６ 结语
物理思维方法是物理知识的精髓,是知识转化为能力的桥梁.以上所举的４个例题,都是求变力做功比较常见的题型.在什么情况下用什么方法来处理,都需要探究和总结.在教学中,我们应注重物理思维和物理方法的教育,使学生学会学习、学会应用,学会创新,这样才能“活化”和“深化”物理知识,才能开拓思维空间,进一步提高思维能力和解题能力.
收稿日期:２０１５－１０－１４
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