新教材高中物理 科学思维系列(一)——求解变力做功的几种方法及摩擦力做功的情况 新人教版必修第二册

高中物理：求解变力做功的几种方法功是高中物理的重要概念，对力做功的求解也是高考物理的重要考点，恒力的功可以用公式直接求解，但变力做功就不能直接求解了，需要通过一些特殊的方法。

一、动能定理法例1、如图1所示，质量为m的物体从A点沿半径为R的粗糙半球内表面以的速度开始下滑，到达B点时的速度变为，求物体从A运动到B的过程中，摩擦力所做的功是多少？图1解析：物体由A滑到B的过程中，受重力G、弹力和摩擦力三个力的作用，因而有，即，式中为动摩擦因数，v为物体在某点的速度，为物块与球心的连线与竖直方向的夹角。

分析上式可知，物体由A运动到B的过程中，摩擦力是变力，是变力做功问题，根据动能定理有，在物体由A运动到B的过程中，弹力不做功；重力在物体由A运动到C的过程中对物体所做的正功与物体从C运动到B的过程中对物体所做的负功相等，其代数和为零。

因此，物体所受的三个力中摩擦力在物体由A运动到B的过程中对物体所做的功，就等于物体动能的变化量，则有：即可见，如果所研究的物体同时受几个力的作用，而这几个力中只有一个力是变力，其余均为恒力，且这些恒力所做的功和物体动能的变化量容易计算时，此类方法解决问题是行之有效的。

小结：利用动能定理可以求变力做功，但不能用功的定义式直接求变力功，并且用动能定理只要求始末状态，不要求中间过程。

这是动能定理比牛顿运动定律优越的一个方面。

二. 微元求和法例2、如图2所示，某人用力F转动半径为R的转盘，力F的大小不变，但方向始终与过力的作用点的转盘的切线一致，则转动转盘一周该力做多少功。

图2解析：在转动转盘一周过程中，力F的方向时刻变化，但每一瞬时力F总是与该瞬时的速度同向（切线方向），即F在每瞬时与转盘转过的极小位移……都与当时的F方向同向，因而在转动一周过程中，力F做的功应等于在各极小位移段所做功的代数和，即：小结：变力始终与速度在同一直线上或成某一固定角度时，可把曲线运动或往复运动的路线拉直考虑，在各小段位移上将变力转化为恒力用计算功，而且变力所做功应等于变力在各小段所做功之和，化曲为直的思想在物理学研究中有很重要的应用，研究平抛运动和单摆的运动时，都用到了这种思想。

变力做功问题的解法高中物理教材利用恒力对物体做功的物理模型推导出功的计算式。

如果力的大小是变化的，那么公式中的F就无法取值；如果力的方向是变化的，公式中角就无法取值。

因此其公式仅适用于恒力做功过程，而对于变力做功问题又经常出现，那我们该如何求解呢？本文现就计算变力所做功的方法及到底采用哪种方法进行求解作如下阐述。

一、将变力处理成恒力将变力处理成恒力的方法，一般只在力的大小一直不变，而力的方向遵循某种规律的时候才用。

例1如图1所示，有一台小型石磨，某人用大小恒为F，方向始终与磨杆垂直的力推磨。

假设施力点到固定转轴的距离为L，在使磨转动一周的过程中，推力做了多少功？解析：由于力F方向不断变化，因此是一个变力做功问题，如果将推力作点的轨迹分成无限多小段，每一段曲线近似为直线，力F的方向也近似与这一小段的轨迹重合，则每小段均可看作恒力做功过程。

运用恒力作功的计算式求出各小段推力做的功：．则转动一周过程中推力做的功：。

二、力的平均值法通过求力的平均值，然后求变力的平均力做功的方法，一般是用于力的大小与位移成一维线性关系的直线运动中。

例2如图2所示，劲度系数为的轻质弹簧一端固定在墙上，另一端连接一质量为的滑块，静止在光滑水平面上O点处，现将滑块从位置O拉到最大位移处由静止释放，滑块向左运动了s米（）．求释放滑块后弹簧弹力所做的功。

解析：弹簧对滑块的弹力与弹簧的形变量成正比，求出弹力的平均值为：用力的平均值乘以位移即得到变力的功：。

三、动能定理法动能定理求变力的功是非常方便的，但是必须知道始末两个状态的物体的速度，以及在中间过程中分别有那些力对物体做功，各做了多少功。

例3如图3所示，质量为的物块与转台之间能出现的最大静摩擦力为物块重力的倍，它与转轴相距R，物体随转台由静止开始转动，当转速增加到一定值时，物块开始在转台上滑动，在物块由静止到开始滑动前的这一过程中，转台对物块做的功为多少？解析：由题意知物块即将滑动时受到的摩擦力为，设此时物块运动的速度为，则有，于是有。

求变力做功的几种方法变力做功是物理学中的一个重要概念。

力可以改变物体的状态，让物体移动、加速或减速。

做功就是施加力使物体移动的过程中能量的转移。

以下将介绍几种常见的变力做功的方法。

1.推力做功：将物体推向前方时，施加的力与物体的位移方向一致，即力和位移向量的夹角为0度。

例如，我们推车子或推行李箱时，就是通过推力来做功。

2.拉力做功：这种方式与推力做功相反，即施加的力与物体的位移方向相反，力和位移向量的夹角为180度。

例如，我们拉拽一根绳子或拉弓发射箭矢时，施加的力与物体的运动方向相反。

3.重力做功：重力是地球吸引物体向地心运动的力。

当一个物体从高处下落时，重力对物体做功。

在这种情况下，重力与物体的位移方向相同，力和位移向量的夹角为0度。

4.弹力做功：当有弹簧或橡皮带等弹性物体被拉伸或压缩时，会产生弹力。

弹力做功是将弹性势能转化为动能的过程。

例如，我们拉伸弓弦时，弓的张力对箭矢做功，让它飞行。

5.摩擦力做功：当物体在表面上移动时，与表面接触的粒子之间会产生摩擦力。

摩擦力做功是将机械能转化为热能的过程。

例如，我们用力推动一个滑动在地面上的物体时，摩擦力会做功，使物体停下来。

6.磁力做功：磁力是磁体之间的相互作用力。

当磁场改变时，施加在物体上的磁力会做功。

例如，我们用电磁铁吸起一个金属球时，磁力会做功，将物体从地面抬起。

7.电力做功：电力是在电子之间产生的相互作用力。

当电流通过电阻产生的电阻力与电子的移动方向相对立时，电力会做功。

例如，电流通过电灯丝时，电力会转化为热能和光能，使灯泡发亮。

总结起来，变力做功的方法主要包括推力做功、拉力做功、重力做功、弹力做功、摩擦力做功、磁力做功和电力做功。

通过施加不同的力，我们可以改变物体的状态和能量的转移，从而实现各种实际应用。

F 做的功．“面积”有正负，在x 轴上方的“面积”为正，在x 轴下方的“面积”为负．如图甲、乙所示，这与运动学中由v - t 图象求位移的原理相同．【典例2】 用质量为5 kg 的均匀铁索，从10 m 深的井中吊起一质量为20 kg 的物体，此过程中人的拉力随物体上升的高度变化如图所示，在这个过程中人至少要做多少功？(g 取10 m/s 2)【解析】 方法一 提升物体过程中拉力对位移的平均值：F －＝250＋2002N ＝225 N 故该过程中拉力做功：W ＝F －h ＝2 250 J.方法二 由F - h 图线与位移轴所围面积的物理意义，得拉力做功：W ＝250＋2002×10 J ＝2 250 J. 【答案】 2 250 J法3.用微元法求变力做功圆周运动中，若质点所受力F 的方向始终与速度的方向相同，要求F 做的功，可将圆周分成许多极短的小圆弧，每段小圆弧都可以看成一段极短的直线，力F 对质点做的功等于它在每一小段上做功的代数和，这样变力(方向时刻变化)做功的问题就转化为多段上的恒力做功的问题了．【典例3】如图所示，质量为m的质点在力F的作用下，沿水平面上半径为R的光滑圆槽运动一周．若F的大小不变，方向始终与圆槽相切(与速度的方向相同)，求力F对质点做的功．【解析】质点在运动的过程中，F的方向始终与速度的方向相同，若将圆周分成许多极短的小圆弧Δl1、Δl2、Δl3、…、Δln，则每段小圆弧都可以看成一段极短的直线，所以质点运动一周，力F对质点做的功等于它在每一小段上做功的代数和，即W ＝W1＋W2＋…＋W n＝F(Δl1＋Δl2＋…＋Δl n)＝2πRF.【答案】2πRF.变式训练1如图所示，放在水平地面上的木块与一劲度系数k＝200 N/m的轻质弹簧相连，现用手水平拉弹簧，拉力的作用点移动x1＝0.2 m，木块开始运动，继续拉弹簧，木块缓慢移动了x2＝0.4 m，求上述过程中拉力所做的功．解析：木块刚要滑动时，拉力的大小F＝kx1＝200×0.2 N＝40 N，从开始到木块刚要滑动的过程，拉力做的功W1＝0＋F 2x1＝402×0.2 J＝4 J；木块缓慢移动的过程，拉力做的功W2＝Fx2＝40×0.4 J＝16 J．故拉力所做的总功W＝W1＋W2＝20 J.答案：20 J变式训练2如图所示，一质量为m＝2.0 kg的物体从半径为R＝5.0 m 的圆弧的A端，在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B端(圆弧AB如图所示，水平传送带正以v ＝2 m/s 的速度运行，两端水平距离l ＝8 m ，把一质量m ＝2 kg 的物块轻轻放到传送带的A 端，物块在传送带的带动下向右运动．若物块与传送带间的动摩擦因数μ＝0.1，不计物块的大小，g 取10 m/s 2，则把这个物块从A 端传送到B 端的过程中．求：(1)摩擦力对物块做的功．(2)摩擦力对传送带做的功．【解析】 (1)物块刚放到传送带上时，由于与传送带有相对运动，物块受向右的滑动摩擦力，物块做加速运动，摩擦力对物块做功．物块受向右的摩擦力为F f ＝μmg ＝0.1×2×10 N ＝2 N加速度为a ＝F f m ＝μg ＝0.1×10 m/s 2＝1 m/s 2当物块与传送带相对静止时的位移为x ＝v 22a ＝222×1m ＝2 m 摩擦力对物块做功为W ＝F f x ＝2×2 J ＝4 J.(2)把这个物块从A 端传送到B 端的过程中，摩擦力对传送带做功为：W ′＝－μmgx ′＝－μmg ·v ·v a ＝－8 J.【答案】 (1)4 J (2)－8 J变式训练3 以初速度v 0竖直向上抛出质量为m 的小球，上升的最大高度是h ，如果空气阻力f 的大小恒定，从抛出到落回出发点的整个过程中，空气阻力对小球做的功为( )A ．0B ．－fhC ．－2mghD ．－2fh解析：阻力做功跟物体的运动轨迹有关，所以阻力做功为W f ＝－2fh .答案：D。

求变力做功的8种思路张家港市塘桥高级中学施 坚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．物体受到力的作用，并且在力的方向上发生一段位移，就叫做力对物体做了功． αcos Fs W =，式中F 应是恒力．但实际问题中经常遇到变力，那变力做功如何求解呢？下面结合典型问题，指明求变力做功的八种思路．思路1、微元法：若参与做功的变力，其仅力的大小不变，而方向改变，且力与位移的夹角确定不变，则可通过微分累积W N W ∆⋅=求解．【例1】 在一粗糙的水平面上，动摩擦因素为μ，一小滑块质量为m 在某小孩手的水平拉力的作用下做匀速圆周运动，则一小滑块转动一周的过程中，水平拉力、摩擦力分别做功多少？[解析]：手的水平拉力始终在圆周的切线方向上，故可以把圆周均匀分割成N 段（N 足够大），每段位移为s ∆，则每一小段s ∆上都可以认为水平拉力（滑动摩擦力）方向不变且与位移s ∆方向一致（相反），且mg f F μ==．每一小段上拉力做功s F W∆⋅=∆，所以，Rmg R F s N F W N W W f F πμπ22⋅=⋅=∆⋅⋅=∆⋅==，即：水平拉力、摩擦力分别做功：R mg πμ2，R mg πμ2－．点评：手的拉力和摩擦力是变力，但经微分后将变力转化为恒力，再用公式求解．思路2、均值法：若参与做功的变力，其仅力的大小改变，而方向不变，且大小随位移线性变化，则可通过求出变力的平均值等效代入公式θscos F W =求解．【例2】 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1cm ．问击第二次时，能击入多少深度？（设铁锤每次做功相等）[解析]：此题可根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．铁锤每次做功都用来克服铁钉阻力做的功，但摩擦阻力不是恒力，其大小与深度成正比，kx f F =-=，可用平均阻力来代替． 如图1-1，第一次击入深度为1x ，平均阻力1121kx F =，做功为2111121kx x F W ==．第二次击入深度为1x 到2x ，平均阻力)(21212x x k F +=，位移为12x x -，做功为)(21)(21221222x x k x x F W -=-=．两次做功相等：21W W =．得：cm x x 41.1212==，即：cm x x x 41.012=-=∆．点评：对于线形变化的变力，可以取其平均值，将变力转化为恒力，进而求该力的功． 思路3、图象法（示功图求解）：若参与做功的变力，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变化的图象．如图1-2，那么所示的阴影面积，即为变力做的功．【例3】图所示，做直线运动的物体所受的合外力与物体运动距离的对应关系．已知物体的质量为kg 4.10．开始处于静止状态，求s 12末物体的速度多大？[解析]：物体所受的合外力是变力．根据s F -图中曲线下所围的“面积”表示力的功的物理意义，可求得）（）（）（总J W 52612426622=-⨯+-⨯+⨯=，再由动能定理求得102==mW v 总)/(s m点评：根据示功图中曲线所围的“面积”表示功的物理意义，直接求变力的功．例2也可以利用图象法，类似匀变速直线运动的t v -图象而作出x F -图象．[解析]：因为阻力kx F =，以F 为纵坐标，F 方向上的位移x 为横坐标，作出x F -图象（图1-4），曲线上面积的值等于F 对铁钉做的功．由于两次做功相等，故有：21S S =（面积），即：))((2121121221x x x x k kx -+=，即：cm x x x 41.012=-=∆．思路4、t P Pt W==公式法：已知恒定功率或平均功率的条件下，机车等的变力做功转化为功率求解，化难为易．【例4】 质量为M 的汽车，沿平直的公路加速行驶，当汽车的速度为1v 时，立即以不变的功率行驶，经过距离s ，速度达到最大值2v ．设汽车行驶过程中受到的阻力f 始终不变．求汽车的速度由1v 增至2v 的过程中所经历的时间及牵引力做的功．[解析]：汽车以恒定功率运动，此过程中的牵引力是变力．当加速度减小到0时，即牵引力等于阻力时，速度达到最大值．由于汽车的功率恒定，故变力（牵引力）的功可用Pt W=计算．对汽车加速过程中由动能定理有22122Mv Mv fs Pt -=-又2P f = 联立得：221222)(v s P v v M t +-=22122)(v Ps v v M Pt W +-==点评：运用Pt W =，将恒定功率作用下的机械做功转化为易确定的因素，另辟蹊径． 思路5、动能定理法：若参与做功的变力，方向与大小都变化，导致无法直接由αcos Fs W =求变力F 做的功．这时可利用动能定理：αscos F W 合总合=∆==k E W ；但此法只能求合力做的功．【例5】 如图所示，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，物体仍做匀速圆周运动，其转动半径为2R ，在此过程中，外力对物体做的功为： A ．27FRB 、47FR C 、23FR D 、FR 4 解析：该题显然是一个变力问题，但通常有学生利用平均力法求解，即θscos F W =．此题中绳上拉力需提供向心力，方向时刻改变，不能利用平均力法求解．则可以从功能关系入手，而且绳上拉力是合外力，则动能定理：20212121mv mv W -=合，又圆周运动：Rv mF 02=；2821R v m F =，结合以上三式，得：FR FR FR mv mv W 2321221212021=-=-=合．故选C ．点评：对于物体的始末状态的动能是已知的，则在这种情境下的变力做功用动能定理显得方便简捷．思路6、功能关系法：能是物体做功的本领，功是能量转化的量度．因此，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．【例6】 一质量为m 的小球，用长为L 的轻绳悬挂于O 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，如图所示，此时悬线与竖直方向夹角为θ，则拉力F 所做的功为：A ．θcos mgLB ．()θcos 1-mgLC ．θsin FLD ．[解析]：解物理题必须注意把握题中的关键词，比如此题中“很缓慢”三字，表明拉力F 所做的功并未增加物体的动能，根据题意恰恰是提高了势能，即：)cos 1(θ-=∆=mgl E W P F （或理解成据功能原理：F 的功增加了小球的机械能），B 正确．C 选项则是利用了恒力做功公式W=Fscos θ，但事实上F 不是恒力．如图，三球受T mg F 、、，且θmgtg F =，则在上拉过程中，↑↑F ,θ．C 选项不正确．故选B ．点评：如果系统所受的外力和内力（除重力、弹力外）所做的功的代数和等于系统的机械能的增量，且这些力中有变力做功，机械能的增量易求，用功能关系（或功能原理）求解简便． 思路7、等效替代法：等效思想是物理教学中一种重要思维方法．当恒力与变力大小相等且在做功数值上相等情况下，可以用恒力替代变力求功．【例7】 如图所示，某人用大小不变的力F 拉着放在光滑水平面上的物体，开始时与物体相连接的绳与水平面间的夹角为α，经一段时间后，绳与水平面间的夹角为β，已知图中的高度为h ，求绳的拉力T 对物体做的功．（绳的质量、滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦不计）[解析]：物体由初态运动到终点，所受的绳子拉力是变力（变方向），但在题设条件下，人的拉力F 对绳的端点做的功就等于绳的拉力T 对物体做的功．故可用恒力F 的功替代变力T 的功．绳端的位移大小为)sin 1sin 1(21βα-=-=∆h s s s 则：)sin 1sin 1(βα-=∆⋅==Fh s F W W F T点评：当恒力与变力大小相等且在做功数值上相等情况下，可以用恒力替代变力求功． 思路8、借助守恒定律求解：能量守恒定律、机械能守恒定律是物理学中极为重要的规律，为求功提供了另一条重要思路，尤其是变力做功问题．【例8】 如图所示，一根轻的刚性杆长为l 2，中点和右端各固定一个质量为m 的小球，左端O 为水平转轴．开始时杆静止在水平位置，释放后将向下摆动，求从开始释放到摆到竖直位置的过程中，杆对B 球做了多少功？[解析]：如果没有A 球，杆上只有B 球，摆到最低点B 球的速度为1v ，根据机械能守恒定律有.21212mv l mg =所以gl v 21= 现在杆上有A 、B 两球，设摆到最低点时B 球速度为2v ，则A 球速度为22v ，系统仍满足机械能守恒的条件，有22.22)2(21212v m mv mgl l mg +=+ 解出gl v 5242=B 球两次末动能之差就是轻杆对B 球做的功，即mgl mv mv W B 5221212122=-=杆对 点评：系统内只有重力和弹力做功，当弹力是变力时，求这个变力功可借助能量守恒定律（尤其是机械能守恒定律）．小结：变力做功的求解对学生的思维鉴别力、跳跃性提出了较高的要求，采用平均力法、图象法、动能定理还是功能关系，必须对物理情景分析透彻，而后决定取舍．当然．有时方法不是单一的，如例2，而且适当地一题多解可以提高学生的思维深度和开阔性．图8。

求解变力做功的几种常用方法功的计算在中学物理中占有十分重要的地位，中学阶段所学的功的计算公式W＝Flcos α，但是只能用于恒力做功情况，对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用，但高考中变力做功问题也是经常考查的一类题目。

现结合例题分析变力做功的五种求解方法。

方法一：化变力为恒力求变力功变力做功直接求解时，通常都比较复杂，但若通过转换研究的对象，有时可化为恒力做功，可以用W＝Flcos α求解。

此法常常应用于轻绳通过定滑轮拉物体的问题中。

【题目】如图所示，某人用大小不变的力F拉着放在光滑水平面上的物体，开始时与物体相连接的绳与水平面间的夹角是α，当拉力F 作用一段时间后，绳与水平面间的夹角为β。

已知图中的高度是h，求绳的拉力T对物体所做的功。

假定绳的质量、滑轮质量及绳与滑轮间的摩擦不计。

【解析】本题中，显然F与T的大小相等，且T在对物体做功的过程中，大小不变，但方向时刻在改变，因此本题是个变力做功的问题。

但在题设条件下，人的拉力F对绳的端点(也即对滑轮机械)做的功就等于绳的拉力T(即滑轮机械)对物体做的功。

而F的大小和方向都不变，因此只要计算恒力F对绳做的功就能解决问题。

设绳的拉力T对物体做的功为WT，由题图可知，在绳与水平面的夹角由α变到β的过程中，拉力F作用的绳端的位移的大小为则可知拉力做功为方法二：用平均力求变力功在求解变力功时，若物体受到的力的方向不变，而大小随位移是成线性变化的，即力均匀变化时，则可以认为物体受到一大小为F平均=（F1+F2）/2,恒力作用，F1、F2分别为物体初、末态所受到的力，然后用公式W=F平均Lcosθ求此力所做的功。

【题目】把长为l的铁钉钉入木板中，每打击一次给予的能量为E0，已知钉子在木板中遇到的阻力与钉子进入木板的深度成正比，比例系数为k。

问此钉子全部进入木板需要打击几次？【解析】在把钉子打入木板的过程中，钉子把得到的能量用来克服阻力做功，而阻力与钉子进入木板的深度成正比，先求出阻力的平均值，便可求得阻力做的功。

求变力做功的六种方法都匀市民族中学：王方喜在高中阶段求变力做功问题，既是学生学习和掌握的难点，也是教师教学的难点。

本文举例说明了在高中阶段求变力做功的常用方法，比如微元累积（求和）法、平均力等效法、功率的表达式PtW=、F-x图像、用动能定理、等效代换法等来求变力做功。

一、运用微元积累(求和)法求变力做功求変力做功还可以用微元累积法，把整个过程分成极短的很多段，在极短的每一段里，力可以看成是恒力，则可用功的公式求每一段元功，再求每一小段上做的元功的代数和。

由此可知，求摩擦力和阻力做功，我们可以用力乘以路程来计算。

用微元累积法的关键是如何选择恰当的微元，如何对微元作恰当的物理和数学处理，微元累积法对数学知识的要求比较高。

例1如图1-1所示，某人用力Ｆ转动半径为Ｒ的转盘，力Ｆ的大小不变，但方向始终与过力的作用点的转盘的切线一致，则转动转盘一周该力做多少功．图1-1【分析与解答】在转动转盘一周过程中，力Ｆ的方向时刻变化，但每一瞬时力Ｆ总是与该瞬时的速度同向（切线方向），即Ｆ在每瞬时与转盘转过的极小位移Δｓ同向．这样，无数瞬时的极小位移Δｓ１，Δｓ２，Δｓ３…Δｓｎ都与当时的Ｆ方向同向．因而在转动一周过程中，力Ｆ做的功应等于在各极小位移段所做功的代数和．即Ｗ＝ＦΔｓ１＋ＦΔｓ２＋…ＦΔｓｎ＝Ｆ（Δｓ１＋Δｓ２＋Δｓ３＋…Δｓｎ）＝Ｆ2πＲ【总结】变力始终与速度在同一直线上或成某一固定角度时，可把曲线运动或往复运动的路线拉直考虑，在各小段位移上将变力转化为恒力用Ｗ＝ＦLcosθ计算功，而且变力所做功应等于变力在各小段所做功之和。

【检测题1-1】如图1-2所示，有一台小型石磨，某人用大小恒为F、方向始终与磨杆垂直的力推磨，设施力点到固定转轴的距离为L，在使磨转动一周的过程中，推力做了多少功？图1-2 【检测题1-2】小明将篮球以10 m/s的初速度，与水平方向成30°角斜向上抛出，被篮球场内对面的小虎接到，小明的抛球点和小虎的接球点离地面的高度都为1.8 m．由于空气阻力的存在，篮球被小虎接到时的速度是6 m/s.已知篮球的质量m＝0.6 kg，g取10 m/s2.求：(1)全过程中篮球克服空气阻力做的功；(2)如果空气阻力恒为5 N，篮球在空中飞行的路程．二、运用平均力等效法求变力做功当力的方向不变，而大小随位移线性．．变化时(即Ｆ＝ｋx＋ｂ)，可先求出力的算术平均值221FFF+=，再把平均值当成恒力，用功的计算式求解。

摩擦力做功问题及求变力做功的几种方法学校：_________班级：___________姓名：_____________模型概述1.摩擦力做功问题1)无论是静摩擦力还是滑动摩擦力都可以对物体可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。

2)静摩擦力做功的能量问题①静摩擦做功只有机械能从一个物体转移到另一个物体，而没有机械能转化为其他形式的能。

②一对静摩擦力所做功的代数和总等于零，而总的机械能保持不变。

3)滑动摩擦力做功的能量问题①滑动摩擦力做功时，一部分机械能从一个物体转移到另一个物体，另一部分机械能转化为内容，因此滑动摩擦力做功有机械能损失。

②一对滑动摩擦力做功的代数和总是负值，总功W =-F f ⋅x 相对，即发生相对滑动时产生的热量。

2.求变力做功的几种方法1．用W =Pt 求功当牵引力为变力，且发动机的功率一定时，由功率的定义式P =W t，可得W =Pt .1)“微元法”求变力做功:情形一：当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，力F 做的功与路程有关，W =Fs 或W =-Fs ，其中s 为物体通过的路程．情形二：当力的大小不变，运动为曲线时，将物体的位移分割成许多小段,因小段很小,每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力,这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做功的代数和,此法适用于求解大小不变、方向改变的变力做功.【举例】质量为m 的木块在水平面内做圆周运动，运动一周克服摩擦力做功W f =F f ⋅Δx 1+F f ⋅Δx 2+F f ⋅Δx 3+...=F f ⋅(Δx 1+Δx 2+Δx 3+...)=F f ⋅2πR2)“图像法”求变力做功:在F -x 图像中,图线与x 轴所围“面积”的代数和就表示力F 在这段位移内所做的功,且位于x 轴上方的“面积”为正功,位于x 轴下方的“面积”为负功,但此方法只适用于便于求图线与x 轴所围面积的情况(如三角形、矩形、圆等规则的几何图形).【举例】一水平拉力拉着一物体在水平面上运动的位移为x 0，图线与横轴所围面积表示拉力所做的功，W =F 0+F 12x3)“平均力”求变力做功:当力的方向不变而大小随位移线性变化时,可先求出力对位移的平均值F =F 0+F 12,再由W =F l cos θ计算,如弹簧弹力做功.【举例】弹力做功，弹力大小随位移线性变化，取初状态弹力为0，则W =F x =0+F k 2x =0+kx 2x =12kx 24.应用动能定理求解变力做功：在一个有变力做功的过程中，当变力做功无法直接通过功的公式求解时，可用动能定理W 变+W 恒=12mv 22-12mv 21，物体初、末速度已知，恒力做功W 恒可根据功的公式求出，这样就可以得到W 变=12mv 22-12mv 21-W 恒，就可以求出变力做的功了．【举例】用力F 把小球从A 处缓慢拉到B 处，F 做功为W F ，则有：W F +W G =0⇒W F -mgl (1-cos θ)=0⇒W F =mgl (1-cos θ)5)等效转换法求解变力做功：将变力转化为另一个恒力所做的功。

高考物理：变力做功的求解方法！一、变力做功的计算方法1、用动能定理动能定理表达式为，其中是所有外力做功的代数和，△E k是物体动能的增量。

如果物体受到的除某个变力以外的其他力所做的功均能求出，那么用动能定理表达式就可以求出这个变力所做的功。

2、用功能原理系统内除重力和弹力以外的其他力对系统所做功的代数和等于该系统机械能的增量。

若在只有重力和弹力做功的系统内，则机械能守恒（即为机械能守恒定律）。

3、利用W＝Pt求变力做功这是一种等效代换的思想，用W＝Pt计算功时，必须满足变力的功率是一定的。

4、转化为恒力做功在某些情况下，通过等效变换可将变力做功转换成恒力做功，继而可以用求解。

5、用平均值当力的方向不变，而大小随位移做线性变化时，可先求出力的算术平均值，再把平均值当成恒力，用功的计算式求解。

6、微元法对于变力做功，我们不能直接用公式进行计算，但是可以把运动过程分成很多小段，每一小段内可认为F是恒力，用求出每一小段内力F所做的功，然后累加起来就得到整个过程中变力所做的功。

这种处理问题的方法称为微元法，其具有普遍的适用性。

在高中阶段主要用这种方法来解决大小不变、方向总与运动方向相同或相反的变力做功的问题。

二、摩擦力做功的特点1、静摩擦力做功的特点：A、静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。

B、在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移（静摩擦力起着传递机械能的作用），而没有机械能转化为其他形式的能。

C、相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总是等于零。

2、滑动摩擦力做功的特点：如图所示，顶端粗糙的小车，放在光滑的水平地面上，具有一定速度的小木块由小车左端滑上小车，当木块与小车相对静止时木块相对小车的位移为d，小车相对地面的位移为s，则滑动摩擦力F对木块做的功为W木=－F（d+s）①由动能定理得木块的动能增量为ΔE k木=－F（d+s）②滑动摩擦力对小车做的功为W车=Fs ③同理，小车动能增量为ΔE k车=Fs ④②④两式相加得ΔE k木+ΔE k车=－Fd ⑤⑤式表明木块和小车所组成系统的机械能的减少量等于滑动摩擦力与木块相对于小车位移的乘积，这部分能量转化为内能。

变力做功的六种常见计算方法变力做功的六种常见计算方法在高中阶段，力做功的计算公式是W=FScosα，但是学生在应用时，只会计算恒力的功，对于变力的功，高中学生是不会用的。

下面介绍六种常用的计算变力做功的方法，希望对同学们有所启发。

方法一：用动能定理求若物体的运动过程很复杂，但是如果它的初、末动能很容易得出，而且，除了所求的力的功以外，其他的力的功很好求，可选用此法。

例题1：如图所示。

质量为m的物体，用细绳经过光滑的小孔牵引在光滑水平面上做匀速圆周运动，拉力为某个数值F时，转动半径为R；拉力逐渐减小到0.25F时，物体仍然做匀速圆周运动，半径为2R，求外力对物体所做的功的大小。

解析：当拉力为F时，小球做匀速圆周运动，F提供向心力，则F=mv12/R；当拉力为0.25F时，0.25F=mv22/2R。

此题中，当半径由R 变为2R的过程中，拉力F为变力，由F变为2F,我们可以由动能定理，求得外力对物体所做的功的大小W=0.5mv12—0.5mv22=0.25RF。

方法二：用功率的定义式求若变力做功的功率和做功时间是已知的，则可以由W=Pt来求解变力的功。

例题2：质量为m=500吨的机车，以恒定的功率从静止出发，经过时间t=5min在水平路面上行使了s=2.25km，速度达到最大值v=54km/h。

假设机车受到的阻力为恒力。

求机车在运动中受到的阻力大小。

解析：机车先做加速度减小的变加速直线运动，再做匀速直线运动。

所以牵引力F先减小，最后，F恒定，而且跟阻力f平衡，此时有功率P=Fv=fv。

在变加速直线运动阶段，牵引力是变力，它在此阶段所作的功可以由w=Pt来求。

由动能定理，Pt—fs=0.5mv2—0,把P=Fv=fv代入得，阻力f=25000N。

方法三：平均力法如果变力的变化是均匀的（力随位移线性变化），而且方向不变时，可以把变力的平均值求出后，将其当作恒力代入定义式即可。

例题3：如图所示。

轻弹簧一端与竖直墙壁连接，另一端与一质量为m的木块相连，放在光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为k，开始时弹簧处于自然状态。

求变力做功的几种方法看到功的计算，同学们首先想到的是功的计算公式αcos FL W =，但是你有没有注意到上述公式的适用条件呢？功是一个过程量，利用公式αcos FL W =求功的时候要注意在公式中的F 是恒力．在有关问题中，我们常常还会遇到求变做功的情况．那么如何计算变力的功呢？ 一．转换法：若某一变力的功和某一恒力的功相等，则可以通过计算该恒力的功，求出该变力的功．而恒力做功又可以用αcos FL W =计算，从而使问题变得简单．例1．如图1所示，定滑轮至滑块高度为H ，已知细绳拉力为F （恒定），滑块在时间t 内沿水平地面由A 点前进L 米至B 点，滑块在初、末位置时细绳与水平面夹角分别为α和β，求滑块由A 点运动到B 点过程中，求绳的拉力对滑块所做的功．分析及解答：设绳对物体的拉力为T ，显然人对绳的拉力等于T ．T 在对做功的过程中大小虽然不变，但其方向时刻改变，因此该问题属于变力做功的问题．但是在滑轮的质量以及滑轮与绳间的摩擦不计的情况下，人对绳做的功就等于绳的拉力对物体做的功．而拉力F 的大小和方向都不变，所以F 做的功可以用公式αcos FL W =直接计算．由图可知在绳与水平面的夹角α变到β过程中，拉力F 的作用点的位移大小为：βαsin sin 21hh L L L -=-=∆ )sin 1sin 1(βα-===Fh L F W W F T ∆二．微元法：物体在变力作用下做曲线运动，求力对物体做功的问题，可用微元法，即把弯曲的路径分成很短的若干段来进行研究，这样可把曲线转变为直线，把变化作为恒定来处理，用功的公式计算各小段所做的功，再把这些功取代数和就等于变力在整个过程所做的功．例2．质量为40kg 的物体，在一个水平外力作用下，沿直径为40m 的水平圆形轨道匀速运动一周，若物体与轨道间动摩擦因数为0．5，求水平外力在此过程中做功多少？分析与解答：在圆周轨道上取一极短线段△L ．由于物体在此线段△L 可以近似看作匀速直线运动，水平外力F 等于摩擦力：Nmg F 200==μ水平外力所做的功 11200L L F W ∆=∆∙= 在整个过程中，水平外力做的总功.1051.22022002200.....200200200 (3)321321J R L L L W W W W ⨯=⨯⨯=⨯=+∆+∆+∆=+++=ππ三．利用F －L 图象功是力对位移的积累效应．如果已知在位移L 内F 随位移变化的图象，可以根据图象与L 轴所围的面积求出变力F 对物体做的功．例3．力F 作用在物体上，F 随物体位移L 的变化关系如图2所示，那么在物体运动25m 的过程中，力F 对物体做了多少功？分析与解答：F 在位移L 内对物体做的功可以用F －L 图象下的一个梯形的“面积”表示所以J J W 350220)2510(=⨯+=四．功能关系法功是能的转化的量度，做功的过程就是能量转化的过程，所以求变力做的功可以根据功能关系求解．例4．一人用力踢质量为1kg 的皮球，使球由静止以10m/s 的速度飞出，假定人踢球瞬间对球的平均作用力是200N ，球在水平方向运动了20m 停止，那么人对球所做的功为A ．500JB ．50JC ．4000JD ．无法确定 分析与解答：人对球做功的过程是使球由静止至速度达到10m/s 的过程，这一过程很短暂，位移也较小，而球在水平方向运动20m 内人并没有对球做功．所以如果根据功的计算公式求功J J N Fl W 400020200=⨯==是错误的．正确的方法，应根据动能定理：J mv E W k 50101212122=⨯⨯===∆ 答案：C例5．如图3所示，质量为m 的小球用长为l 的轻绳悬挂于O 点，小球在水平力F 的作用下，从O 点正下方的P 点缓慢地移到Q 点，已知∠POQ ＝θ ，那么拉力F 做的功为：A ． mglcos θB ． Flsin θC ． mgl(1-cos θ)D ．FL(1- cos θ)分析与解答：由于小球的运动是缓慢的，由分析知，力F 是变力，如果根据功的计算公式可得出θsin Fl W =，是把力当成了恒力，所以B 答案是错误的． 正确的做法应根据功能关系求解． 由动能定理：0=-G F W W 所以)cos 1(θ-=mgl W F五．利用公式W=Pt汽车以额定功率起动时，力F 是变力，求某段时间内汽车牵引力做的功可以根据功率的定义式tWP =变形公式W=Pt 来计算． 例6．一辆汽车质量为5×102kg ，该汽车从静止开始以恒定的功率在平直公路上行驶，经过40s ，前进400m ，速度达到最大值，如果汽车受的阻力始终是车重的0．05倍，问车的最大速度是多少？分析与解答：汽车在运动过程中，功率恒定，速度增加，所以牵引力不断减小，当牵引力减小到与阻力相等时速度达到最大．根据动能定理：221mv W W f F =- （1） 阻力恒定，所以l F W f 阻= （2） 牵引力的功mm F F P v Pt W ==又, 所以t v F W m F 阻= （3）将（2）和（3）式代入（1）式，并将k=0．05、g=10m/s 2、t=40s 、l=400m 代入得，v m =20m/s ．同学们在求功的时候，千万不要不分情况而乱套公式，要看清楚题目中给定的条件，具体问题具体分析，然后再选用恰当的方法和公式进行解题．练习：1． 如图4所示，长为2m 的轻质木板放在水平地面上，其中间放一质量为1kg 的物块，用始终与木板垂直的力F ，将木板一端缓慢地向上抬起,至与水平方向的夹角为θ=300，力F 做的功是______．(m 始终与木板保持静止) 答案：5J2．为缩短航母舰上飞机起飞前行驶的距离，通常用弹簧弹出飞机，使飞机获得一定的初速度，进入跑道加速起飞，某飞机采用该方法获得初速度v 0之后，在水平跑道上以恒定功率P 沿直线加速，经过时间t 离开航空母舰，此时达到最大速度v m ，设飞机的质量为m ，飞机在跑道上加速时所受阻力大小恒定．求： 航空母舰上飞机跑道的最小长度l ． 答案：[]m l F mg F /)sin (cos 2αμα--3．以一定的初速度竖直向上抛出一个小球，小球上升的最大高度为h,空气阻力的大小恒为F，则从抛出到落回原点的全过程中，空气阻力对小球做功为A．０ B．－FhC．－2Fh D．－4Fh答案：C。

第23点求解变力做功的“五法”1.将变力的功转化为恒力功W＝力×路程当力的大小不变而方向始终与运动方向相同、相反时，这类力所做的功可以采用微元法，将整个过程分成很多小段，在每一小段上应用W＝FΔl求功，整个过程的功等于力和路程的乘积，如滑动摩擦力、空气阻力等做的功.2.变力的功＝平均力×l cos α当力的方向不变，大小随位移线性变化时，可先求出力的平均值F＝F1＋F22，再由W＝F l cosα计算.3.变力的功＝功率×时间当变力的功率P一定时，可用W＝Pt求功.4.变力的功＝“面积”作出变力F随位移l变化的图象，图象与横轴所夹的“面积”即为变力做的功，如图1中阴影部分所示.图15.变力的功＝动能的变化－其他恒力所做的功当物体受到变力及其他恒力(也可只受变力)作用引起物体的动能发生变化时，根据动能定理知，变力的功等于动能的变化减去其他恒力所做的功.对点例题 如图2所示，摩托车做特技表演时，以v 0＝10 m/s 的初速度从高台底部冲向高台顶端，然后从高台顶端水平飞出.摩托车在冲向高台顶端的过程中始终以P ＝4 kW 的额定功率行驶，所经历的时间t ＝3 s.人和车的总质量m ＝1.8×102kg ，台高h ＝5 m ，摩托车冲到高台顶端时的速度为v ＝11 m/s.取重力加速度g ＝10 m/s 2.求： (1)摩托车在冲向高台顶端的过程中牵引力所做的功； (2)摩托车在冲向高台顶端的过程中克服阻力所做的功.图2解题指导 (1)摩托车在冲向高台顶端的过程中牵引力所做的功W ＝Pt ＝1.2×104J (2)设摩托车在冲向高台顶端的过程中克服阻力所做的功为W f, 根据动能定理W －W f －mgh ＝12mv 2－12mv 0 2代入数据，可得W f ＝1.11×103J . 答案 (1)1.2×104J (2)1.11×103J如图3所示，一质量m ＝1.0 kg 的物体从半径R ＝5.0 m 的圆弧的A 端，在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B 端(圆弧AB 在竖直平面内).拉力F 的大小始终为15 N 不变，方向始终沿物体在该点的切线方向.圆弧所对应的圆心角为60°，BO 边沿竖直方向，g 取10 m/s 2.在这一过程中，求：图3(1)拉力F 做的功； (2)重力G 做的功；(3)圆弧面对物体的支持力F N 做的功. 答案 (1)78.5 J (2)－25 J (3)0解析 (1)将圆弧AB 分成很多小段l 1，l 2，…，l n ，则拉力在每小段上做的功为W 1，W 2，…，W n ，因拉力F 大小不变，方向始终沿物体在该点的切线方向，所以W 1＝Fl 1，W 2＝Fl 2，…，W n ＝Fl n ，所以W F ＝W 1＋W 2＋…＋W n ＝F (l 1＋l 2＋…＋l n )＝F ·π3R ＝25π J≈78.5 J.(2)重力G 做的功W G ＝－mgR (1－cos 60°)＝－25 J.(3)物体受的支持力F N 始终与物体的运动方向垂直，所以W N ＝0.。

高中物理：变力做功怎么求？功的求法是高中物理教学的重点和难点之一，教材上的公式：，只适用于恒力做功的情况，对于某些变力做功的问题，在高中阶段也要求学生掌握，而学生遇到变力做功的问题时，常常感到无处着手。

下面，对变力做功求解方法的问题进行总结：方法一：微元累积法将物体的位移分割成许多小段，因小段很小，每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力，这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做元功的代数和。

此法在中学阶段，常应用于求解力的大小不变、方向改变或者方向不变、大小改变的变力做功问题。

例1、如图1所示，半径为R，孔径均匀的圆形弯管水平放置，小球在管内以足够大的初速度在水平面内做圆周运动，设开始运动的一周内，小球与管壁间的摩擦力大小恒为，求小球在运动的这一周内，克服摩擦力所做的功。

解析：将小球运动的轨迹分割成无数个小段，设每一小段的长度为，它们可以近似看成直线，且与摩擦力方向共线反向，如图2所示，元功，而在小球运动的一周内小球克服摩擦力所做的功等于各个元功的和，即方法二：力的平均值法当某个力的方向不变，但其大小随位移均匀变化时，可以用力的初始值F1和末状态值F2的平均值来计算变力所做的功。

例2、如图3所示，在光滑的水平面上，劲度系数为k的弹簧左端固定在竖直墙上，右端系着一小球，弹簧处于自然状态时，小球位于O点，今用外力压缩弹簧，使其形变量为x，当撤去外力后，求小球到达O点时弹簧的弹力所做的功。

解析：弹簧的弹力为变力，与弹簧的形变量成正比，在题设条件下，弹力的初始值为，终值为，故弹力的平均值为，则弹力所做的功。

方法三：图像法在题设情况下，如果能找出力F与位移s的函数关系，则在F－s 的平面直角坐标系中，作出F随s变化的图像，那么，图像与横坐标轴所围成的图形的面积即是F对物体在某一段位移上所做功的数值。

例3、用质量为5kg的均匀铁索从10m深的井中吊起质量为20kg 的重物，在这个过程中至少要做多少功（取g＝10m/s2）解析：在吊起重物的过程中，作用在重物和铁索上的力至少应等于重物和铁索的重力，但在吊起过程中铁索的长度逐渐缩短，故拉力也逐渐减少，即拉力是一个随距离变化的变力，拉力随深度s的变化关系为所以力随距离是均匀变化，作出拉力的F－s图线，则拉力所做的功可以用图4中梯形的面积来表示显然，此题亦可以用方法二求解。

科学思维系列(一)——求解变力做功的几种方法及摩擦力做功的情况功的计算，在中学物理中占有十分重要的地位．功的计算公式W ＝Fl cos α只适用于恒力做功的情况，对于变力做功，则没有一个固定公式可用，但可以通过多种方法来求变力做功，如等效法、微元法、图象法等．一、求解变力做功的几种方法 法1.用公式W ＝F －l cos α求变力做功如果物体受到的力是均匀变化的，则可以利用物体受到的平均力的大小F －＝F 1＋F 22来计算变力做功，其中F 1为物体初状态时受到的力，F 2为物体末状态时受到的力．【典例1】 用铁锤把小铁钉钉入木板，设木板对铁钉的阻力与铁钉进入木板的深度成正比．已知铁锤第一次使铁钉进入木板的深度为d ，接着敲第二锤，如果铁锤第二次敲铁钉时对铁钉做的功与第一次相同，那么，第二次使铁钉进入木板的深度为( )A ．(3－1)dB ．(2－1)d C.5－1d2D.22d 【解析】 根据题意可得W ＝F －1d ＝kd 2d ，W ＝F －2d ′＝kd ＋k d ＋d ′2d ′，联立解得d ′＝(2－1)d (d ′＝－(2＋1)d 不符合实际，舍去)，故选项B 正确．【答案】 B法2.用图象法求变力做功在F ­ x 图象中，图线与x 轴所围的“面积”的代数和表示F 做的功．“面积”有正负，在x 轴上方的“面积”为正，在x 轴下方的“面积”为负．如图甲、乙所示，这与运动学中由v ­ t 图象求位移的原理相同．【典例2】 用质量为5 kg 的均匀铁索，从10 m 深的井中吊起一质量为20 kg 的物体，此过程中人的拉力随物体上升的高度变化如图所示，在这个过程中人至少要做多少功？(g 取10 m/s 2)【解析】 方法一 提升物体过程中拉力对位移的平均值： F －＝250＋2002N ＝225 N故该过程中拉力做功：W ＝F －h ＝2 250 J.方法二 由F ­ h 图线与位移轴所围面积的物理意义，得拉力做功：W ＝250＋2002×10J ＝2 250 J.【答案】 2 250 J法3.用微元法求变力做功圆周运动中，若质点所受力F 的方向始终与速度的方向相同，要求F 做的功，可将圆周分成许多极短的小圆弧，每段小圆弧都可以看成一段极短的直线，力F 对质点做的功等于它在每一小段上做功的代数和，这样变力(方向时刻变化)做功的问题就转化为多段上的恒力做功的问题了．【典例3】 如图所示，质量为m 的质点在力F 的作用下，沿水平面上半径为R 的光滑圆槽运动一周．若F 的大小不变，方向始终与圆槽相切(与速度的方向相同)，求力F 对质点做的功．【解析】 质点在运动的过程中，F 的方向始终与速度的方向相同，若将圆周分成许多极短的小圆弧Δl 1、Δl 2、Δl 3、…、Δl n ，则每段小圆弧都可以看成一段极短的直线，所以质点运动一周，力F 对质点做的功等于它在每一小段上做功的代数和，即W ＝W 1＋W 2＋…＋W n ＝F (Δl 1＋Δl 2＋…＋Δl n )＝2πRF .【答案】 2πRF .变式训练1 如图所示，放在水平地面上的木块与一劲度系数k ＝200 N/m 的轻质弹簧相连，现用手水平拉弹簧，拉力的作用点移动x 1＝0.2 m ，木块开始运动，继续拉弹簧，木块缓慢移动了x 2＝0.4 m ，求上述过程中拉力所做的功．解析：木块刚要滑动时，拉力的大小F ＝kx 1＝200×0.2 N＝40 N ，从开始到木块刚要滑动的过程，拉力做的功W 1＝0＋F 2x 1＝402×0.2 J＝4 J ；木块缓慢移动的过程，拉力做的功W 2＝Fx 2＝40×0.4 J＝16 J ．故拉力所做的总功W ＝W 1＋W 2＝20 J.答案：20 J 变式训练2如图所示，一质量为m ＝2.0 kg 的物体从半径为R ＝5.0 m 的圆弧的A 端，在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B 端(圆弧AB 在竖直平面内)．拉力F 大小不变始终为15 N ，方向始终与物体在该点的切线成37°角，圆弧所对应的圆心角为60°，BO 边为竖直方向，g 取10 m/s 2.求这一过程中：(1)拉力F 做的功； (2)重力G 做的功；(3)圆弧面对物体的支持力F N 做的功．解析：(1)将圆弧A B ⌒分成很多小段l 1、l 2、…、l n ，拉力在每小段上做的功为W 1、W 2、…、W n ，因拉力F 大小不变，方向始终与物体在该点的切线成37°角，所以W 1＝Fl 1cos 37°，W 2＝Fl 2cos 37°，…，W n ＝Fl n cos 37°，所以W F ＝W 1＋W 2＋…＋W n ＝F cos 37°(l 1＋l 2＋…＋l n )＝F cos 37°·π3R ＝20π J＝62.8 J.(2)重力G 做的功W G ＝－mgR (1－cos 60°)＝－50 J.(3)物体受的支持力F N 始终与物体的运动方向垂直，所以W FN ＝0. 答案：(1)62.8 J (2)－50 J (3)0 二、摩擦力做功的情况 1．静摩擦力做功的特点：(1)静摩擦力可以对物体做正功(静摩擦力为动力)，也可以做负功(静摩擦力为阻力)，还可以不做功．(2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零． 2．滑动摩擦力做功的特点：(1)滑动摩擦力可以对物体做正功(滑动摩擦力为动力)，也可以做负功(滑动摩擦力为阻力)，还可以不做功．(2)相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的总功为负值，其绝对值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积．(3)滑动摩擦力、空气阻力等，在曲线运动或者往返运动时，所做的功等于力和路程的乘积．3．摩擦力做功的求法：(1)摩擦力大小、方向都不变：应该用W Ff ＝F f l cos α求F f 做的功．(2)摩擦力大小不变、方向改变：由微元法，可将变力功等效成恒力功求和，从而求得F f 做的功．【典例4】如图所示，水平传送带正以v ＝2 m/s 的速度运行，两端水平距离l ＝8 m ，把一质量m ＝2 kg 的物块轻轻放到传送带的A 端，物块在传送带的带动下向右运动．若物块与传送带间的动摩擦因数μ＝0.1，不计物块的大小，g 取10 m/s 2，则把这个物块从A 端传送到B 端的过程中．求：(1)摩擦力对物块做的功． (2)摩擦力对传送带做的功．【解析】 (1)物块刚放到传送带上时，由于与传送带有相对运动，物块受向右的滑动摩擦力，物块做加速运动，摩擦力对物块做功．物块受向右的摩擦力为F f ＝μmg ＝0.1×2×10 N＝2 N加速度为a ＝F f m＝μg ＝0.1×10 m/s 2＝1 m/s 2当物块与传送带相对静止时的位移为x ＝v 22a ＝222×1m ＝2 m摩擦力对物块做功为W ＝F f x ＝2×2 J＝4 J.(2)把这个物块从A 端传送到B 端的过程中，摩擦力对传送带做功为：W ′＝－μmgx ′＝－μmg ·v ·v a＝－8 J.【答案】 (1)4 J (2)－8 J变式训练3 以初速度v 0竖直向上抛出质量为m 的小球，上升的最大高度是h ，如果空气阻力f 的大小恒定，从抛出到落回出发点的整个过程中，空气阻力对小球做的功为( )A ．0B ．－fhC．－2mgh D．－2fh解析：阻力做功跟物体的运动轨迹有关，所以阻力做功为W f＝－2fh. 答案：D。

求解变力做功的十种方法变力做功是指力的大小和方向在作功过程中发生变化的情况。

下面将介绍十种常见的变力做功的方法。

1.拉力做功：当一个物体被施加拉力时，拉力在作功过程中的大小和方向都是持续变化的。

通常情况下，拉力的大小会逐渐增加，直到物体被拉到目标位置。

这个过程中拉力所做的功等于力的大小乘以物体的位移。

2.推力做功：推力做功与拉力做功类似，只不过是力的方向相反。

当一个物体被施加推力时，推力也会在作功过程中发生变化，直到物体被推到目标位置。

推力所做的功也等于力的大小乘以物体的位移。

3.弹力做功：当一个物体被施加弹性势能时，弹力会在作功过程中发生变化。

例如，当拉伸弹簧时，弹簧的劲度系数会导致拉力的大小随着弹簧的伸长而增加。

弹力所做的功等于力的大小乘以物体的位移。

4.阻力做功：当一个物体受到空气阻力或其他形式的阻力时，阻力会在作功过程中发生变化。

通常情况下，阻力的大小与物体的速度成正比。

因此，在物体运动时，阻力所做的功等于力的大小乘以物体的速度与位移之积。

5.重力做功：当一个物体被抬高或下落时，重力会在作功过程中发生变化。

抬高物体时，重力的大小会减小，而下落时则会增大。

重力所做的功等于力的大小乘以物体的高度。

6.磨擦力做功：当一个物体受到摩擦力时，摩擦力会在作功过程中发生变化。

通常情况下，摩擦力的大小与物体的接触面积和物体间的粗糙程度有关。

磨擦力所做的功等于力的大小乘以物体的位移。

7.引力做功：当一个物体受到另一个物体的引力作用时，引力会在作功过程中发生变化。

例如，当地球绕太阳运动时，引力的大小会随着地球到太阳的距离的变化而变化。

引力所做的功等于力的大小乘以物体的位移。

8.中心力做功：中心力是指作用在物体上的力总是指向物体的中心。

例如，当一个物体沿着圆形轨道运动时，中心力会在作功过程中发生变化，因为物体距离中心的距离在变化。

中心力所做的功等于力的大小乘以物体的位移。

9.引力做功：引力做功是指一个物体由于受到其他物体的引力而发生位移时，引力所做的功。

求解变力做功问题的五种方法在高中阶段，应用做功公式W=FScosα来解题时，公式中F只能是恒力。

如果F是变力，就不能直接应用公式W=FScosα来求变力做功问题。

但是题目中又经常出现变力做功问题，下面介绍五种求解变力做功问题的方法。

一：将变力做功转化为恒力做功来求解我们知道变力做功不可以直接用公式W=FScosα来计算，但有些情况下，将变力转化成恒力做功，就可以用公式直接求解。

例题1：如图1所示，人用大小不变的力F拉着放在光滑平面上的物体，开始时与物体相连的绳子和水平面间的夹角是α，当拉力F作用一段时间后，绳子与水平面的夹角是β，图中的高度是h，求绳子拉力T对物体所做的功，（绳的质量，滑轮的质量和绳与滑轮之间的摩擦均不计）。

分析与解答：在物体向右运动过程中，绳子拉力T是一个变力，是变力做功问题。

但是拉力T大小等于力F的大小，且力F是恒力。

因此，求绳子拉力T对物体所做的功就等于力F所做的功。

由图可知，力F的作用点移动的位移大小为：ΔS=S1-S2。

则：W T=W F=FΔS=F（S1-S2）=Fh(1/sinα-1/sinβ).二：用动能定理来求解我们知道，动能定理的内容：外力对物体所做的功等于物体动能的增量。

如果我们研究物体所受的外力中只有一个是变力，其他力都是恒力，而且这些力做功比较容易求，就可以用动能定理来求变力做功。

例题2：如图2所示，质量为2kg的物体从A点沿半径为R的粗糙半球内表面以10m/s 的速度开始下滑，到达B点时的速度变为2m/s,求物体从A点运动到B点的过程中，摩擦力所做的功是多少？分析及解答：物体从A点运动到B点的过程中，受到重力G、弹力N和摩擦力f三个力作用，在运动过程中，摩擦力f的方向和大小都发生改变，因此摩擦力f是变力，是变力做功问题。

物体从A点运动到B点的过程中，弹力N不做功，重力G做功为零。

物体所受的三个力中摩擦力在物体从A点运动到B点的过程中对物体所做的功，就等于物体动能的变化量，则W外=W f=ΔE k=1/2mV B2-1/2mV A2=-96(J).三：用机械能守恒定律来求解我们知道，物体只受重力和弹力作用或只有重力和弹力做功时，系统的机械能守恒。

2018年第4期教育教学1SCIENCE FANS 高中物理变力做功六种常用方法及例析吕..娟.（阿克苏地区第二中学，新疆 阿克苏 843000）【摘 要】功的计算，是高中物理学习中的重点和难点，占有十分重要的地位。

但是很多学生遇到变力做功和能量转换的问题时，对自己没有信心，甚至放弃不做。

中学阶段学习的做功公式W =FS cos α只适合恒力做功，对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用,下面对变力做功问题进行归纳总结如下。

【关键词】高中物理;变力做功;方法;例析【中图分类号】G633.7 【文献标识码】B【文章编号】1671-8437（2018）04-0054-02图2解：把圆轨道分成s 1、s 2、s 3、…s n 等微小段，拉力在每一段上为恒力，则在每一段上做的功为W 1=Fs 1，W 2=Fs 2，…Wn =Fs n ，拉力在整个过程中所做的功：W =W 1+W 2+…+Wn =F (s 1+s 2+s 3+…s n ).=.F (π2R .+πR )=.23πFR ..3 平均力法若参与做功的变力，仅力的大小改变，而方向不变，且大小随位移线性变化，则可通过求出变力的平均值等效代入公式求解.例3：轻弹簧一端与竖直墙壁连接，另一端与一个质量为M 的木块连接，放在光滑的水平面上，弹簧的劲度系数为K ，处于自然状态。

现在一水平力F 缓慢拉动木块，使木块向右移动S .，求这一过程中拉力对木块做的功。

解析：弹力是变力，求出这一过程中的F _，代替F ，用公式W =FL 求解。

由：f =kx 知：在此过程中弹力是均匀变化的，由题知，F min =0，F max =kx ，所以222F _.=F min.+.F max 0.+.kx kx==22W .=.F _.L .=kx 2*X kx =4 运用动能定理求变力做功动能定理的表述：合外力对物体做功等于物体的动能的改变。

研究对象在某过程中的初、末动能可求，其它力1 转换研究对象，化变力为恒力如果某一变力的功和某一恒力的功相等，就可以转换研究对象，通过计算该恒力的功，求解变力的功，从而使问题变得简单。

一、知识讲解功的计算在中学物理中占有十分重要的地位，中学阶段所学的功的计算公式W=FScosa只能用于恒力做功情况,对于变力做功的计算则没有一个固定公式可用，当F为变力时，用动能定理W=ΔE k或功能关系求功，高中阶段往往考虑用这种方法求功。

这种方法的依据是：做功的过程就是能量转化的过程,功是能的转化的量度。

如果知道某一过程中能量转化的数值，那么也就知道了该过程中对应的功的数值。

下面是对这种方法的归纳与总结下面对变力做功问题进行归纳总结如下：1、等值法等值法即若某一变力的功和某一恒力的功相等，则可以通过计算该恒力的功，求出该变力的功。

而恒力做功又可以用W=FScosa计算，从而使问题变得简单。

例1、如图，定滑轮至滑块的高度为h，已知细绳的拉力为F（恒定），滑块沿水平面由A点前进S至B点,滑块在初、末位置时细绳与水平方向夹角分别为α和β.求滑块由A点运动到B点过程中,绳的拉力对滑块所做的功。

2、微元法当物体在变力的作用下作曲线运动时，若力的方向与物体运动的切线方向之间的夹角不变，且力与位移的方向同步变化,可用微元法将曲线分成无限个小元段，每一小元段可认为恒力做功，总功即为各个小元段做功的代数和.例2、如图所示，某力F=10N作用于半径R=1m的转盘的边缘上，力F的大小保持不变，但方向始终保持与作用点的切线方向一致，则转动一周这个力F做的总功应为:A、 0JB、20πJC 、10J D、20J3、平均力法如果力的方向不变，力的大小对位移按线性规律变化时，可用力的算术平均值（恒力）代替变力，利用功的定义式求功。

例3、一辆汽车质量为105kg,从静止开始运动，其阻力为车重的0。

05倍.其牵引力的大小与车前进的距离变化关系为F=103x+f0，f0是车所受的阻力.当车前进100m时，牵引力做的功是多少？4、用动能定理求变力做功例4、如图所示，AB为1/4圆弧轨道，半径为0。

8m,BC是水平轨道，长L=3m，BC处的摩擦系数为1/15，今有质量m=1kg的物体，自A点从静止起下滑到C点刚好停止.求物体在轨道AB段所受的阻力对物体做的功。

变力做功的几种求法摘要〕功的求法是高中物理教学的重点和难点之一，教材上的公式：W=Fscosα只适用于恒力做功的情况，对于某些变力做功的问题，在高中阶段也要求学生掌握。

〔关键词〕物理教学变力做功方法浅析功的求法是高中物理教学的重点和难点之一，教材上的公式：W=Fscosα，只适用于恒力做功的情况，对于某些变力做功的问题，在高中阶段也要求学生掌握。

为此，将变力做功求解方法归纳如下：1 微元法对于变力做功，不能直接用W=Fscosθ进行计算，但是我们可以把运动过程分成很多小段，每一小段内可认为F 是恒力，用W=Fscosθ 求出每一小段内力F 所做的功，然后累加起来就得到整个过程中变力所做的功。

这种处理问题的方法称为微元法，这种方法具有普遍的适用性。

但在高中阶段主要用于解决大小不变、方向总与运动方向相同或相反的变力的做功问题。

例1.用水平拉力，拉着滑块沿半径为R的水平圆轨道运动一周，如图1 所示，已知物块的质量为m，物块与轨道间的动摩擦因数为μ。

求此过程中摩擦力所做的功。

分析：由题可知，物块受的摩擦力在整个运动过程中大小Ff=μmg 不变，方向时刻变化，是变力，不能直接用W=F scosθ 求解；但是我们可以把圆周分成无数小微元段，如图2 所示，每一小段可近似成直线，从而摩擦力在每一小段上的方向可认为不变，求出每一小段上摩擦力做的功，然后再累加起来，便可求得结果。

正确解答：如图2，把圆轨道分成无穷多个微元段S1、S2、S3…Sn，摩擦力在每一段上可认为是恒力，则每一段上摩擦力做的功分别为W1=-μmgS1，W2=μmgS2，W3=μmgS3，…Wn=μmgSn，摩擦力在一周内所做的功：W=W1+W2+W3+ … +Wn=μmg (S1+S2+S3 …+Sn)=-2πμmgR。

注意：对于变力做功，一般不能用功的公式直接进行计算，但有时可以根据变力的特点变通使用功的公式。

如力的大小不变而方向总与运动方向相同或相反时，可用W=Fscosθ 计算该力的功，但式子中的s 不是物体运动的位移，而是物体运动的路程。