化为系统的重力势能和动能,即:
m(at)2WF?mg?x1?x2???495.J
2小结:当我们分析一个物理过程时,不仅要看速度、加速度,还要分析能量转化情况。
八. 机械能守恒法
例6. 如图6所示,质量m为2kg的物体,从光滑斜面的顶端A点以v0?5m/s的初速度滑下,在D点与弹簧
接触并将弹簧压缩到B点时的速度为零,已知从A到B的竖直高度h?5m,求弹簧的弹力对物体所做的功。
图6
分析与解:由于斜面光滑,故机械能守恒,但弹簧的弹力是变力,弹力对物体做负功,弹簧的弹性势能增加,且弹力做功的数值与弹性势能的增加量相等。取B所在水平面为零参考面,弹簧原长处D点为弹性势能的零参考点,则
mv02对状态A:EA?mgh?
2对状态B:EB?W弹簧?0
由机械能守恒定律得:
W弹簧mv02?mgh??125J
2小结:对于涉及弹簧弹力做功的试题,一般我们都可以用机械能守恒定律求功。
九. 转变研究对象法
例7. 如图7所示,质量为m的滑块可以在光滑水平面上滑动,滑块与一不可伸长的轻绳相连,绳跨过一光滑的定滑轮(滑轮大小不计),另一端被人拉着,人的拉力大小、方向均不变,大小为F?50N,已知滑轮到水平面的高度为b?3m,AB的长度a?4m,求滑块从A被拉到B的过程中,外力对它所做的功。
图7
分析与解:在本题中,只有绳子拉力对滑块做功,该拉力大小虽然不变,但方向时刻改变(与水平方向的夹角逐渐增大),故属于变力做功,不能直接求解。但如果将研究对象由滑块转变为绳的另一端,因为人的拉力为恒力,所以是恒力做功,显然这个恒力做功与绳子对滑块拉力做功是相等的,故可以用人对绳子做的功代换绳子拉力对滑块的功。则有W?Fs。由几何关系可求得s,联立即得W?100J。
小结:把变力做功巧妙转化为恒力做功也是一种很有效的求解方法。
十. 利用W=qU
在匀强电场中移动电荷的时候,可以直接根据恒力做功的公式求解。如果是在非匀强电场中,由于电场力是变力,不能用功的定义式求解,但若已知电荷的电量和电场中两点间的电势差,我们就可以用公式W?qU进行求解。
例8. 电场中有A、B两点,它们的电势分别为?A??100V,?B?200V,把电量q??20.?10?7C的电荷
从A点移动到B点,是电场力做功还是克服电场力做功?做了多少功?
分析与解:电荷从A到B的过程中,电场力作的功为:
WAB?qUAB?(?2?10?7)?(?100?200)?60.?10?5J
因为W?0,所以是电场力做功。
小结:求非匀强电场中电场力做功时,一般都用该方法求解。
综上所述,变力做功的求解有很多方法,一个个看似复杂,无法求解变力做功的问题,只要灵活运用以上方法,就一定能够手到擒来。