3、几个力做功的计算

刚才我们学习了一个力对物体所做功的求解方法,而物体所受到的力往往不只一个,那么,如何求解这几个力对物体所做的功呢?

如图所示,一个物体在拉力F1的作用下,水平向右移动位移为s,求各个力对物体做的功是多少?各个力对物体所做功的代数和如何? 物体所受的合力是多少?合力所做的功是多少?

解析:物体受到拉力F1、滑动摩擦力F2、重力G、支持力F3的作用。重力和支持力不做功,因为它们和位移的夹角为90°;F1所做的功为:W1=Fscosα,滑动摩擦力F2所做的功为:W2=F2scos180°=-F2s。各个力对物体所做功的代数和为:W=(F1cosα-F2)s

故:根据正交分解法求得物体所受的合力F=F1cosα-F2 合力方向向右,与位移同向;合力所做的功为:W=Fscos0°=(F1cosα-F2)s

总结:当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,这几个力对物体所做的功可以用下述方法求解:

(1)求出各个力所做的功,则总功等于各个力所做功的代数和;

(2)求出各个力的合力,则总功等于合力所做的功。

例3:一个质量m=2kg的物体,受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力F1=10N,在水平地面上移动的距离s=2m。物体与地面间的滑动摩擦力F2=4.2N。求外力对物体所做的总功。

解析:拉力F1对物体所做的功为W1= F1scos37°=16J。

摩擦力F2对物体所做的功为W2= F2scos180°= -8.4J。

外力对物体所做的总功W=W1+W2=7.6J。

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第二节   功

1、推导功的表达式

(1)如果力的方向与物体的运动方向一致,该怎样计算功呢?

 物体m在水平力F的作用下水平向前行驶的位移为s,如图1所示,求力F对物体所做的功。

   在问题一中,力和位移方向一致,这时功等于力跟物体在力的方向上移动的距离的乘积。

W = F s

(2)如果力的方向与物体的运动方向成某一角度,该怎样计算功呢?物体m在与水平方向成α角的力F的作用下,沿水平方向向前行驶的距离为s,如图2所示,求力F对物体所做的功。

   分析并得出这一位移为s cos α。至此按功的前一公式即可得到如下:

计算公式:  W = F s cosα

按此公式考虑(再根据公式W=Fs做启发式提问),只要F与s在同一直线上,乘起来就可以求得力对物体所做的功。在图2中,我们是将位移分解到F的方向上,如果我们将力F分解到物体位移s的方向上,看看能得到什么结果?

由于物体所受力的方向与运动方向成一夹角α,可根据力F的作用效果把F沿两个方向分解:即跟位移方向一致的分力F1,跟位移方向垂直的分力F2,如图所示:

                

据做功的两个不可缺少的因素可知:分力F1对物体所做的功等于F1s。而分力F­2的方向跟位移的方向垂直,物体在2的方向上没有发生位移,所以分力F2所做的功等于零。所以,力F所做的功W=W1+W2=W1=F1s=Fscosα

力F对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积。即:

W = F s cosα

W表示力对物体所做的功,F表示物体所受到的力,s物体所发生的位移,α力F和位移之间的夹角。功的公式还可理解成在位移方向的分力与位移的乘积,或力与位移在力的方向的分量的乘积。

例题1:F=100N、s=5m、α=37°,计算功W? W=400N·m。就此说明1N·m这个功的大小被规定为功的单位,为方便起见,取名为焦耳,符号为J,即1J=1N·m。

在国际单位制中,功的单位是焦耳(J)     1J=1N·m

 0  423889  423897  423903  423907  423913  423915  423919  423925  423927  423933  423939  423943  423945  423949  423955  423957  423963  423967  423969  423973  423975  423979  423981  423983  423984  423985  423987  423988  423989  423991  423993  423997  423999  424003  424005  424009  424015  424017  424023  424027  424029  424033  424039  424045  424047  424053  424057  424059  424065  424069  424075  424083  447090 

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