题目内容

如图所示,轻质弹簧的自然长度为,劲度系数为k.现用水平力推弹簧,使弹簧缩短△x,求推力做的功以及弹簧弹性势能的增加量.

答案:略
解析:

在利用功和能的关系计算问题时,遇到的并非全是均匀恒力,在遇到变力做功时,可适当变化,寻找新的思路去解决做功问题.如可利用求平均值的方式来进行计算.

由胡克定律F=kx可知,弹簧压缩量增大,推力要增大才能继续压缩弹簧,所以推力是变力,求变力做功不能应用W=Fs.由于推力推弹簧时,只要推力不断增大,弹力也相应增大(与推力始终相等),弹簧的形变量不断增大,弹力与形变量成线性关系,所以计算平均弹力是方便的.即推力对弹簧做的功在数值上可用克服弹簧弹力做的功来表达.

弹簧压缩量为△x时,其平均弹力为

由于推力所做的功等于克服平均弹力所做的功,由胡克定律和恒力做功的公式有

因此弹簧弹性势能的增加量就等于推力所做的功,其大小为


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