高考物理 题型集结号 专题6.1 变力做功-人教版高三全册物理试题.doc
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1、专题6.1 变力做功【题型概览】在变力做功中,变力可以是大小的变化、方向的变化也可以是二者同时发生了变化;涉及的问题可以变力做功正负的判定、变力在不同阶段做功的比较也可以是变力做功的定量计算;涉及的方法可以由功的式、动能定理、功能原理、能量守恒,可以是图像、功率等【题型通解】1.变力做功情况的的判定(1)可利用功能关系来判定:力对物体做正功时物体的能量增加,力对物体做负功时物体的能量减少有对应形式的势能的变力(弹簧弹力、点电荷间静电力等)做功时,对应形式的势能增大时该力做负功,否则变力做正功例1.如图所示,一根质量可以忽略不计的刚性轻杆,一端为固定转轴,杆可在竖直平面内无摩擦的转动,杆的中心点
2、及另一端各固定一个小球和。已知两球质量相同,现用外力使杆静止在水平方向,然后撤去外力,杆将摆下,从开始运动到杆处于竖直方向的过程中例1图系统的机械能守恒杆的弹力对球做正功,对球做负功杆的弹力对球做负功,对球做正功杆的弹力对球和球均不做功 【答案】AC【解析】由于杆在竖直平面内无摩擦转动,可知正确与绳不同,杆的弹力不一定沿着杆,故需从功能关系的角度来判定杆的弹力做功情况由于杆是刚性的轻杆,故两球在转动中角速度相等,因为是(2)可利用力的方向与瞬时速度方向的夹角来判定:力与物体的瞬时速度方向之间的夹角始终保持为锐角(角度可以变化)时,力对物体做正功;力与物体的瞬时速度方向之间的夹角始终保持为直角时
3、力不对物体做功;力与物体的瞬时速度方向之间的夹角始终保持为钝角时力对物体做负功 (iii)可利用力的方向与位移方向的夹角来判定:当力的方向不变时,可由力与位移的方向间夹角来判定例2.如图所示,把小球由图中位置同时由静止释放(绳开始时拉直),则在小球向左下摆动时,下列说法正确的是例2图绳对球做正功 绳对球不做功绳对球做负功 绳对球做正功【答案】CD【解析】例2答图在小球下摆过程中,由于距点较远,转动较慢,位置落后于球从运动角度来看,球绕点转动,球一方面随球转动,同时还相对于球向后转动,如图所示则球的瞬时速度时刻与绳垂直,与绳之间夹角为钝角;而球相对球的速度方向与绳垂直,其对地的瞬时速度方向与绳之
4、间夹角为锐角故可知绳对球不做功,绳对球做负功、对球做正功,错误正确 例5.以初速度v0竖直向上抛出一质量为m的小物体。假定物块所受的空气阻力f大小不变。已知重力加速度为g,则物体上升的最大高度和返回到原抛出点的速率分别为A、和 B、和C、和 D、和 【答案】A(3)变力的功率恒定时可由求解变力的功率也变化时可由平均功率求解当功率随时间线性变化时例6.一电动小车沿如图所示的路径运动,小车从A点由静止出发,沿粗糙的水平直轨道运动L后,由B点进入半径为R的光滑竖直圆形轨道,运动一周后又从B点离开圆轨道进入水平光滑轨道BC段,在C与平面D间是一蓄水池.已知小车质量m=0.1kg、L=10m、R=0.3
5、2m、h=1.25m、s=1.50m,在AB段所受阻力为0.3N.小车只在AB路段可以施加牵引力,牵引力的功率为P=1.5W,其他路段电动机关闭.问:要使小车能够顺利通过圆形轨道的最高点且能落在右侧平台D上,小车电动机至少工作多长时间?(g取10m/s2)k.s.5.u【答案】2.53s【解析】设车刚好越过圆轨道最高点,设最高点速度为v2,最低点速度为v1在最高点由牛顿第二定律得 mg=由机械能守恒定律得 mv12=mv22+mg(2R)解得 v1=4m/s小车在离开C点后做平抛运动由h=gt2 得t=0.5sx=v1t=2mxs ,所以小车能够越过蓄水池小车的功率不变,根据知,随着速度v的增
6、大,牵引力将变小,不能用求电动机所做功设电动机工作时间为t0,在AB段由动能定理得Pt0-fL=mv12解得t0=2.53s(4)变力与位移的关系图象已知时,可利用图线与位移轴所围的面积求解力与位移的关系图象中图线与位移轴所围面积等于力在该段位移内所做的功例7如图甲所示,静置于光滑水平面上坐标原点处的小物块,在水平拉力F作用下,沿x轴方向运动,拉力F随物块所在位置坐标x的变化关系如图乙所示,图线为半圆则小物块运动到x0处时的动能为例7图 A0 B.Fmx0C.Fmx0 D.x02【答案】C【解析】根据动能定理,小物块运动到x0处时的动能为这段时间内力F所做的功,物块在变力作用下运动,不能直接用
7、功的公式来计算,但此题可用根据图象求“面积”的方法来解决力F所做的功的大小等于半圆的“面积”大小即EkWS圆Fm.Fmx0,C选项正确 (5)某些特殊情况下变力所做的功可通过转换求恒力所做功例8.如图所示,某人用大小不变的力F拉着放在光滑水平面上的物体。开始时与物体相连的轻绳和水平面间的夹角为,当拉力F作用一段时间后,绳与水平面间的夹角为。已知图中的高度是h,滑轮的质量、绳与滑轮间的摩擦不计,求绳的拉力T对物体所做的功。例8图【答案】由图可知,在绳与水平面的夹角由变到的过程中,拉力F的作用点的位移为:所以绳对物体做功:(6)一般情况下变力所做的功可由功能原理或动能定理求解例9.如图所示,一根形
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