高考物理变力做功与能量转化

1、难点4变力做功与能量转化功是中学物理中的重要概念，它体现了力对物体的作用在空间上的累积过程.在考纲中属B级.对功尤其是变力做功是近年考查热点，亦是考生应考的难点难点展台（） 一物体静止在升降机的地板上，在升降机加速上升的过程中，地板对物体的支持力所做的功等于A.物体势能的增加量B.物体动能的增加量C物体动能的增加量加上物体势能的增加量D.物体动能的增加量加上克服重力所做的功图4-1（） 一辆车通过一根跨过定滑轮的绳PQ提升井中质量为 m的物体，如图4-1所示.绳的P 端拴在车后的挂钩上.设绳的总长不变，绳的质量、 定滑轮的质量和尺寸、滑轮上的摩擦都忽略不计.开始时，车在 A点，左右两侧绳都已绷

2、紧并且是竖直的，左侧绳长为H.提升时，车向左加速运动， 沿水平方向从 A经过B驶 向C.设A到B的距离也为H,车过B点时速度为Vb.求车由A移到B的 过程中，绳Q端的拉力对物体做的功是多少？（）如图 4-2所示，若在湖水里固定一细长圆管，管内有一活塞，它的下端位于水面上，活塞的底面积8=1 cm2,质量不计.F7； 大气压强Po=1.Ox 105 Pa.现把活塞缓慢地提高H=15 m,则拉力对活塞做的功为 J. (g=10 m/s2)案例探究例1 （）用铁锤将一铁钉击入木块，设木块对铁钉的阻力与铁钉进入木块内的深度成正比.在铁锤击第一次时，能把铁钉击入木块内1 cm.问击第二次时，能击入多少深

3、度？（设铁锤每次做功相等）命题意图：考查对功概念的理解能力及理论联系实际抽象建立模型的能力.B级要求.错解分析：（1）不能据阻力与深度成正比这一特点，将变力求功转化为求平均阻力的功，进行等效替代.（2）不能类比迁移，采用类似据匀变速直线速度-时间图象求位移的方式，根据 F-x图象求功.解题方法与技巧：解法一：(平均力法)铁锤每次做功都用来克服铁钉阻力做的功，但摩擦阻WWW力不是恒力，其大小与深度成正比，F=-f=kx,可用平均阻力来代替.1如图4-3,第一次击入深度为 xi,平均阻力F1 =kxi,做2功为 Wi= F1 xi = kxi2.2i第一次击入深度为 xi到x2,平均阻力F2=-k

4、(x2+xi), 2位移为 x2-xi,做功为 W2= F2 (x2-xi)= gk (x22-x/).两次做功相等： Wi=W2.解后有：x2= 2 xi=i.4i cm,A x=x2-xi=0.4i cm.解法二：(图象法)因为阻力F=kx,以F为纵坐标，F方向上的位移x为横坐标，作出F-x图象(图4-4).曲线上面积的值等于 F对铁钉彳的功.由于两次做功相等，故有：Si=S (面积)，即：2 i .kxi = k (x2+xi) (x2-xi),2所以 A x=x2-xi =0.4i cmX exxX XXXX XXX例2 () 如图4-5所示，置于水平面的平行金属导轨不光滑，导轨一端连

5、接电阻R,其他电阻不计，垂直于导轨平面有一匀强磁场，磁感应强度为 B,当一质量为 m的金属棒ab在水平恒力F作用下由静止向右滑动时图4-5A.外力F对ab棒做的功等于电路中产生的电能B只有在棒ab做匀速运动时，外力 F做的功才等于电路中产生的电能C无论棒ab做何运动，它克服安培力做的功一定等于电路中产生的电能D.棒ab匀速运动的速度越大，机械能转化为电能的效率越高命题意图：考查考生理解能力、分析综合及推理能力.B级要求.错解分析：对整个物理情景理解不透，对整个物理过程中能量的转化及传递途径理解 不透.解题方法与技巧：（能量守恒法）在导体棒的运动过程中外力做的功，用来克服由于发生电磁感应而产生的

6、感应电流的安培力的那一部分转化为电能，又因为有摩擦，还需克服摩擦力做功，转化成内能.所以A、B 错，C对；又当匀速运动时，由能量转化的观点，可知(Blv)28V,即v越大Y越大，D.P电一5-B2l2刀一 = v,B、1、F、R 7E,所以 YP机Fv FR故CD正确.锦囊妙计变力做功的求解方法对于变力做功一般不能依定义式W=Fscos9直接求解，但可依物理规律通过技巧的转图4-6化间接求解.平均力法：如果参与做功的变力，其方向不变，而大小随位移线性变化，则可求出平均力等效代入公式W= F scos 0求解.图象法：如果参与做功的变力，方向与位移方向始终一致而大小随时变化，我们可作出该力随位移

7、变化的图象.如图4-6,那么图线下方所围成的面积，即为变力做的功.动能定理法：在某些问题中，由于力F大小或方向的变化， 导致无法直接由 W=Fscos0求变力F做 功的值.此时，我们可由其做功的结果一一动能的变化来求变力F的功：W=AEk.功能关系法：能是物体做功的本领，功是能量转化的量度.由此，对于大小、方向都随时变化的变力F所做的功，可以通过对物理过程的分析，从能量转化多少的角度来求解歼灭难点训练.（） 一辆汽车在平直公路上从速度 v0开始加速行驶，经时间t后，前进了距 离s,此时恰好达到其最大速度 vmax,设此过程中发动机始终以额定功率 P工作，汽车所受阻 力恒为F,则在这段时间里，发

8、动机所做的功为B.PtA.FsC. mv2max+Fs mv02vmax v0D.F , t2. ()如图4-7所示，质量为m的物体被细绳牵引着在光滑水平面上做匀速圆周运动，O为一光滑孔，当拉力为 F时，转动半径为 R;当拉力为8F时，物体仍做匀 R速圆周运动，其转动半径为 R ,在此过程中，外力对物体做的功为2A.7FR2B.7FR4C.3FR2D.4FR图47图48() 一质量为 m的小球，用长为 L的轻绳悬挂于。点，小球在水平力 F作用下，从平衡位置 P点很缓慢地移到 Q点.如图4-8所示，此时悬线与竖直方向夹角为0，则拉力F所做的功为A.mgLcos 0B.mgL (1-cos 0 )

9、C.FLsin 0D.FL0()挂在竖直墙上的画长1.8 m,画面质量为100 g,卜面画轴质量为200 g,今将它沿墙缓慢卷起，g=10 m/s2.需做J的功.()用大小不变、方向始终与物体运动方向一致的力F,将质量为m的小物体沿半径为 R的固定圆弧轨道从A点推图4-9到B点，圆弧月耳对应的圆心角为 60 ,如图4-9所示，则在此过程，力F对物体做的功为.若将推力改为水平恒力F,则此过程力F对物体做的功() 一个圆柱形的竖直的井里存有一定量的水，井的侧面和底部是密闭的在井中固定插着一根两端开口的薄壁圆管，管和井共轴，管下端未触及井底.在圆管内有一不漏气的活塞，它可沿圆管上下滑动.开始时，管内外水面相齐，且活塞恰好接触水面,如图4-10所示.现用卷扬机通过绳子对活塞施加一个向上的力F,使活塞缓慢向上移动.已知管筒半径 r= 0.100 m,井的半径 R= 2r ,水的密度p= 1.00X 103 kg/m3,大气压po = 1.00X 105 Pa求活塞上升H=9.00 m的过