2018学年科教版高一物理第四章 机械能和能源 能量与功(知识梳理)
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即

要点六、关于相互作用力所做的功

要点诠释:

作用力和反作用力做的功没有一定的关系.根据做功的两个因素,虽然作用力和反作用力大小相等,但这两个力作用在两个物体上,这两个物体在相同时间内运动的情况是由这两个物体所受的合力、物体的质量以及物体的初始条件这三个因素共同决定的,两个物体在相互作用力方向上的位移也没有必然联系,当相互作用的两个物体的位移大小相等时,作用力与反作用力做功的绝对值相等;当相互作用的两个物体的位移大小不等时,作用力与反作用力做功的绝对值就不等,因此作用力和反作用力所做功的数值也就没有一定的联系.上述情况可用下面的实例来分析:

  如图所示,光滑水平面上有两辆小车甲和乙,小车上各固定一条形磁铁,两车分别靠着固定挡板放置.此时两车都处于静止状态,虽然两车之间存在着相互作用,但作用力和反作用力不做功,因为力的作用点无位移;若将甲车左侧的挡板撤去,并使车以一定的水平初速度向右运动,在甲车靠近乙车的过程中,甲对乙的作用力不做功,而乙对甲的作用力做负功;当甲车返回向左运动时,甲对乙的作用力仍然不做功,而乙对甲的作用力做正功;若将乙车右侧的挡板也撤去,则在甲车靠近乙车的过程中,甲对乙的作用力做正功,而乙对甲的作用力仍做负功;当甲车返回向左运动时,两个相互作用力均做正功;若使两车相向运动,则在其相向运动过程中,两个相互作用力均做负功.

  

综上所述,作用力、反作用力做功的特点有:

(1)作用力与反作用力特点:大小相等、方向相反,但作用在不同物体上.

(2)作用力、反作用力作用下物体的运动特点:可能向相反方向运动,也可能向同一方向运动,也可能一个运动,而另一个静止,还可能两物体都静止.

(3)由不难判断,作用力做的功与反作用力做的功没有必然的关系.

一对作用力和反作用力,两个力可以均不做功;可以一个力做功,另一个力不做功;也可以一个力做正功,另一个力做负功;也可以两个力均做正功或均做负功.

要点七、变力做功的计算

恒力做的功可直接用功的公式求出,变力做功一般不能直接套用该公式,但对于一些特殊情形应掌握下列方法:

(1)将变力做功转化为恒力做功.

①分段计算功,然后用求和的方法求变力所做的功.

某人以水平拉力F拉一物体沿半径为R的圆形轨道走一圈,求力F对物体所做的功.很显然,拉力F是一个大小不变,方向不断改变的变力,不能直接用公式来计算,于是我们设想把圆周无限细分,各小段位移分别为、、、...、,对于每一小段位移上的作用力F就成为恒力了,且F方向与位移方向相同,于是在每小段位移上,力F做的功分别为F·、F·、F·、...、F·,把各小段力F所做的功加在一起,就是力F对物体所做的功,即W=F·+F·+...+F·=F(++...+),因为++...+=2πR,所以有W=F·2πR.

这种思维方法叫微元分割法或微元法.曲线运动中的变力做功(主要是大小不变、方向变化的力)常