变力做功的计算
如何求变力做功
F 图1如何求变力做功在高中阶段求变力做功的问题是很常见的。
既可以运用公式W=FScos α来求解，又可以运用动能定理、功能原理等来求解。
对于具体问题要具体分析。
为此笔者在教学中总结了以下几种方法。
一、运用公式W=FScos α求解在不知物体初、末位置的速度时，就无法运用动能定理或功能原理求解，只有将变力转化为恒力，依据功的定义式W=FScos α求解。
例1 如图1所示，某个力F 作用于半径为R 的圆盘， 力F 的大小不变，但方向始终与过力的作用点的圆盘的切线 一致，则转动圆盘一周该力做多少功。
分析与解 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），既F 在每瞬时与转盘转过的极小位移∆s 同向。
这样，无数瞬时的极小位移∆s 1，∆s 2，∆s 3…∆s n 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=F ∆s 1+F ∆s 2+…F ∆s n= F(∆s 1+∆s 2+∆s 3+…∆s n )=F 2πR当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=FScos α计算功，而且变力所做功等于变力在各小段所做功之和。
再者，若问题中的变力与位移成线形关系，即F=ks+b ，其F-s 图象如图2所示。
则图中阴影部分的面积大小在数值上等于变力所做功的大小，即W=)(21221s s F F -+。
也就是说，变力F 由F 1线形地变化到F 2的过程中所做的功等于该过程的平均力221F F F +=-所做的功。
二、用动能定理求解动能定理告诉我们，外力对物体所做的功等于物体动能的变化，即W 外 =∆E K ，W 外系指物体受到的所有外力对物体所做功的代数和，∆E K 是物体动能的变化量。
例2 如图3所示，质量为m 的物块在半径为R 的半球形容器中从上部边缘A 由静止起下滑，滑到最底点B时对容器底部的压力为2mg 。
力学变力做功问题的计算
变力做功问题的计算规律方法 公式c o s W F s q =适用于恒力做功的计算．对于变力做功，一般有以下几种方法：法：1.微元法：对于变力做功，不能直接用cos W F s q =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cos W F s q =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．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做功问题．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做功问题．2.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，再利用功的定义式求功．均值（恒力）代替变力，再利用功的定义式求功．此种情况也可以做出F 随位移L 变化的图象，图象与位移轴所围的“面积”即变力做功的大小．的大小．3.利用功能关系法：求变力所做的功，往往根据动能定理、机械能守恒定律和功能原理等规律，用能量的变化量等效代换变力所做的功．这种方法的优点是不考虑变力做功过程中力的大小及方向变化的细节，力的大小及方向变化的细节，只考虑变力做功的效果只考虑变力做功的效果―――能量变化，解题过程简捷，是求变力功的首选方法．变力功的首选方法．4．利用W ＝P t 求功这是一种等效代换的观点，用W ＝Pt 计算功时，必须满足变力的功率是一定的．是一定的．1.微元法典例 一机车以恒定功率P 拖着质量为m 的物体，沿半径为R 的水平圆轨道由静止开始运动一周所用的时间为t ，如图1所示．所示．已知物块与轨道已知物块与轨道间的动摩擦因数为，求物块获得多大的速度？，求物块获得多大的速度？【精析】物体在运动过程中受到重力、支持力牵引力和摩擦力，其中重力和支持不做功，牵引力做正功、功，牵引力做正功、摩擦力做负功，摩擦力做负功，摩擦力做负功，且牵引力和摩擦力都是变力，且牵引力和摩擦力都是变力，且牵引力和摩擦力都是变力，都不能直接根据功的公式都不能直接根据功的公式求解．求牵引力做功可根据功率求出W ＝Pt ．求摩擦力的功用微元法．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．果．把圆轨道分成无穷多个微元段，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，，…，，摩擦力在一周内所做的功就等于各小段上做功的代数和，做的功就等于各小段上做功的代数和， 即f W =－2πμmgR ①求物体运动一周的速度可由动能定理求解．求物体运动一周的速度可由动能定理求解．由动能定理：212f Pt W mv -= ② 联立①②解得：2(2)Pt mgR v mpm-=2.平均力法典例 静置于光滑水平面上坐标原点处的小物块，在水平拉力F 作用下，沿x 轴方向运动（如图2甲所示），拉力F 随物块所在位置坐标x的变化关系（如图乙所示），图线为半圆．则小物块运动到x 0处时的动能为处时的动能为 （ ） F x x 0 O F m F • O x 0 图2－甲－甲图2乙A ．0 B ．021x F m C ．04xF mpD ．204x p【精析】由于W ＝Fx ，所以F-x 图象与x 轴所夹的面积表示功，轴所夹的面积表示功，由图象知半圆形的面积由图象知半圆形的面积为04m F x p．C 答案正确．答案正确． 3.利用功能关系法：典例 如图所示，用竖直向下的恒力F 通过跨过光滑定滑轮的细线拉动光滑水平面上的物体，物体沿水平面移动过程中经过A 、B 、C 三点，设AB =BC ，物体经过A 、B 、C 三点时的动能分别为E KA ，E KB ，E KC ，则它们间的关系一定是：，则它们间的关系一定是：A ．E KB -E KA =E KC -E KB B ．E KB -E KA <E KC -E KBC ．E KB -E KA >E KC -E KBD ．E KC <2E KB 【精析】此题中物块受到的拉力是大小恒定，但与竖直方向的夹角逐渐增大，属于变力，求拉力做功可将此变力做功转化为恒力做功问题．设滑块在A 、B 、C 三点时到滑轮的距离分别为L 1、L 2、L 3，则W 1=F (L 1-L 2)，W 2=F (L 2-L 3)，要比较W 1和W 2的大小，只需比较(L 1-L 2)和(L 2-L 3)的大小．由于从L 1到L 3的过程中，绳与竖直方向的夹角逐渐变大，所以可以把夹角推到两个极端情况．L 1与杆的夹角很小，推到接近于0°时，则L 1-L 2≈A ≈AB B ，L 3与杆的夹角较大，推到接近90°时，则L 2-L 3≈0，由此可知，L 1-L 2> L 2-L 3，故W 1> W 2．再由动能定理可判断C 、D 正确．答案CD. 4．利用W ＝P t 求功典例 如图所示，质量为m 的小球用长L 的细线悬挂而静止在竖直位置．在下列三种情况下，分别用水平拉力F 将小球拉到细线与竖直方向成θ角的位置．在此过程中，拉力F 做的功各是多少？做的功各是多少？⑴用F 缓慢地拉；缓慢地拉； ⑵F 为恒力；为恒力；⑶若F 为恒力，而且拉到该位置时小球的速度刚好为零．为恒力，而且拉到该位置时小球的速度刚好为零． 可供选择的答案有可供选择的答案有A.q cos FLB.q sin FLC.()q cos 1-FLD.()q cos 1-mgL【精析】⑴若用F 缓慢地拉，则显然F 为变力，只能用动能定理求解．F 做的功等于该过程克服重力做的功．选D ⑵若F 为恒力，则可以直接按定义求功．选B ⑶若F 为恒力，而且拉到该位置时小球的速度刚好为零，那么按定义直接求功和按动能定理求功都是正确的．选B 、D 在第三种情况下，由q sin FL =()q cos 1-mgL ，可以得到2tan sin cos 1q qq =-=m g F，可见在摆角为2q-时小球的速度最大．实际上，因为F 与mg 的合力也是恒力，而绳的拉力始终不做功，所以其效果相当于一个摆，我们可以把这样的装置叫做“歪摆”．θLmF。
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s，但是学生在应用在高中阶段，力做功的计算公式是W=FScoα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=mv12/2R。
此题中，当半径由R2/R；当拉力为0.25F时，0.25F=mv2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2=0.25RF。
理，求2—0.5mv2得外力对物体所做的功的大小W=0.5mv1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。
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
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。
变力做功的计算
根据动能定理，子弹减少的动能用于克服阻力做功，有
②
③
①②③联立求解得 。
解法二：设阻力与深度间的比例系数为k，Ff＝ks。由于Ff随位移是线性变化的,所以Ff的平均值为
。
根据动能定理，有
①
②
①②联立求解得 。
小结点评:若力随位移按一次方函数关系变化时，求功时可用平均作用力来代替这个变力，用恒力功的公式求功，也可用Ｆ-s图象求功；若力随位移的变化不是一次函数关系，则可用图象求功，而不能用平均值求功。
[发散演习］
如图3所示,某个力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,但方向任何时刻与作用点处的切线方向保持一致。则转动半圆,这个力Ｆ做功多少？
图3
答案：3１.4J。
二、图象法
在直角坐标系中,用纵坐标表示作用在物体上的力F，横坐标表示物体在力的方向上的位移s。如果作用在物体上的力是恒力,则其F－s图象如图4所示。经过一段时间物体发生的位移为s0，则图线与坐标轴所围成的面积(阴影面积)在数值上等于力对物体做的功Ｗ＝Fs,s轴上方的面积表示力对物体做正功（如图4(a）所示）,ｓ轴下方的面积表示力对物体做负功（如图4(ｂ）所示)。
图５
例２.子弹以速度 射入墙壁，入射深度为ｈ。若子弹在墙中受到的阻力与深度成正比,欲使子弹的入射深度为２h,求子弹的速度应增大到多少？
思路点拨：阻力随深度的变化图象如图6所示,由图象求出子弹克服阻力做的功，再由动能进行求解。
图6
正确解答：解法一：设射入深度为h时，子弹克服阻力做功W１；射入深度为2h时,子弹克服阻力做功W2。由图６可知
。物体的位移 。在这一过程中弹力的功在数值上等于图８中梯形OAＤＣ的面积,即 ，所以物块的最大动能为
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变力做功是指当力的大小和方向随着对象运动的位置而变化时，力对物体所做的功。
下面将介绍六种常见的计算变力做功的方法。
1.通过力的曲线面积计算功：当力的大小和方向随着位置的变化而变化时，可以通过绘制力与位置的曲线图，然后计算曲线下的面积来求得所做的功。
2.利用求和法计算功：将运动过程划分成若干个小的位移段，对每个位移段内力的大小和方向保持不变，然后通过求和法计算每个位移段上力所做的功，最后将所有位移段上力所做的功相加得到总功。
3.应用积分法计算功：对力和位移变化连续的问题，可以利用微积分中的积分法来计算变力做功。
通过计算力在位移方向上的积分，即对力关于位移的函数进行积分，来得到变力做功的结果。
4.利用功率和时间计算功：如果已知物体在一段时间内所受到的平均力和物体的平均速度，可以利用功率和时间的关系来计算功。
功率定义为单位时间内做功的大小，根据功率公式P=W/t，其中W是做功的大小，t是时间，可以通过已知的其它量来计算功。
5.利用速度和质量计算功：在一些特定的情况下，可以利用物体的速度和质量来计算变力做功。
根据力学中的动能定理，物体的动能变化等于外力所做的功，其中动能定义为 K=1/2 mv^2，其中 m 是质量， v 是速度。
6.利用万有引力计算功：当物体受到的力是万有引力时，可以利用万有引力公式来计算变力做功。
万有引力公式为F=GmM/r^2，其中F是力，m和M是物体的质量，G 是万有引力常数，r是两物体之间的距离。
通过将力乘以物体的位移并将结果进行积分，可以得到变力做功的计算结果。
这些是常见的计算变力做功的方法，根据具体问题的条件和要求，选择适合的方法来计算变力做功。
变力做功的计算 (2)
答 案：（1）1.7J：（2）1.764J.
提示：（1）从A到B的过程中，对物体 应用动能定理得：
WKB W弹 W摩 其中W摩 mgx1
Ｗ弹可利用示功图求出，画出弹簧力随位移变化的图
（如图8所示），F1=kx1 弹簧做功的值等于△OAB 的面积,即
例2、子弹以速度v0射入墙壁，如射深度为h，若子弹 在墙壁中受到的阻力与深度成正比，欲使子弹的入射深度为
2h，求子弹的速度应增大到多少？
思路点拨：阻力随深度的变化图象如图6所示，由图象求 出子弹克服阻力所做的功，在由动量定理进行求解。
正确解答：解法一：设射入深度为h 时，子弹克服阻
力做功w1；射入深度为2h时，子弹克服阻力做功W2 。由图 6可知W2=4W1
F Mg mg 10 h 250 5h0 h 10
10
作出 图线如图9所示，利用示功图求解拉力的功（可用图 中梯形面积），得出
W 250 200 10J 2250J 2
发散练习：一辆汽车质量为1 ×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 距离是线形关系，且 F=103 s ×5×104N，Ff 是车所受阻 力，当该车前进100m时，牵引力做了多少功？
变力做功的计算
公式 W Fscos适用于恒力功的计算，对于变力做功的计算， 一般有以下几种方法
一、微元法
对于变力做功，不能直接用公式进行计算，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，用公 式求出每一小段内力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 法具有普遍的使用性。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，
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第一种方法是曲线切线式。
在物体沿曲线运动的情况下，可以通过计算力的切线分量与物体速度的乘积来确定变力做功的大小。
具体计算方法是，首先需要确定物体在其中一时刻的速度，然后取该时刻的力的切线分量（即与物体速度方向相同的力的分量），最后将该切线分量与物体速度的乘积相乘，即可得到变力做功的大小。
第二种方法是常力法。
在物体受到一定的恒定力作用下，可以通过计算力与物体位移方向的夹角的余弦值再乘上力的大小来确定变力做功的大小。
具体计算方法是，首先需要确定力的大小，然后确定物体的位移方向与力的方向之间的夹角，最后将位移方向与力的方向之间夹角的余弦值乘以力的大小，即可得到变力做功的大小。
第三种方法是分力法。
当物体受到多个力的作用时，可以通过计算各个力的分力与物体位移方向之间的夹角的余弦值再分别乘上各个分力的大小来确定变力做功的大小，然后将各个分力的做功求和即可得到变力做功的总大小。
第四种方法是连续变力法。
在物体受到连续变化的力作用下，可以通过将力的大小关于物体位移的函数表示出来，然后对该函数进行积分来确定变力做功的大小。
具体计算方法是，首先需要确定力对物体位移的函数关系式，然后对该函数进行积分，最后得到的积分值即为变力做功的大小。
第五种方法是有功做功法。
在物体受到非保守力作用下，可以通过计算力的非保守分量与物体位移的乘积再加上势能变化的大小来确定变力做功的大小。
具体计算方法是，首先需要确定力的保守分量与非保守分量，然后将非保守分量与位移的乘积相加，再加上势能变化的大小，即可得到变力做功的大小。
第六种方法是负功做功法。
在物体受到反向力作用下，可以通过计算该反向力的绝对值与物体位移的乘积再乘上负一来确定变力做功的大小。
具体计算方法是，首先需要确定反向力的大小，然后将反向力的绝对值与位移的乘积相乘，并将结果乘以负一，即可得到变力做功的大小。
综上所述，变力做功的六种常见计算方法分别是曲线切线式、常力法、分力法、连续变力法、有功做功法和负功做功法。
变力做功的求法
变力做功的求法：
1.微元法。
当物体在变力作用下做曲线运动 时，我们无法直接使用功的计算公式 W=FLcosa来求解，但是可以将曲线 分成无限个微小段，每一小段可认为 恒力做功，总功即为各个小段做功的 代数和。
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。
W mgh Wf 从A到B到C ： F
WF 2m gh
00
4.应用公式W=Pt法
机车以恒定功率启动时，牵 引力为变力，但机车的功率为牵 引力的功率，所以牵引力做的功 可用公式W=Pt计算
例4： 一列货车的质量为5.0×105kg, 在平直轨道以额定功率3000kw加速行 驶,当速度由10m/s加速到所能达到的 最大速度30m/s时,共用了2min,则这 段时间内列车前进的距离是多少?
mg ( s1 s2 s3 ... sn ) 2m gR
2. F—x图象法。
F —x图像，图线与坐标轴围成的面积,在数 值上表示力F在相应的位移上对物体做的功。
例2.如图所示，一个劲度系数为k的轻弹簧， 一端固定在墙壁上，在另一端沿弹簧的轴 线施一水平力将弹簧拉长，求：在弹簧由 原长开始到伸长量为 x1过程中拉力所做的 功。如果继续拉弹簧，在弹簧的伸长量由 x1 增大到x2 的过程中，拉力又做了多少功？
解析：在拉弹簧的过程中， F kx 作出 F x 关系图象，如图，由图可知 AOx 的面积在数值上等于把弹簧拉伸了 x1过程中 拉力所做的功。
1
即:
1 1 2 W1 kx 1 x1 kx 1 2 2
x1
梯形 Ax1 x2 B 的面积在数值上等于弹簧伸 长量由 增大到 x2 过程中拉力所做的功。
变力做功的计算范文
变力做功的计算范文变力做功的计算是物理学中的基本概念之一、功（work）是描述物体受到外力作用而发生的位移的物理量，是标量。
力（force）是使物体产生加速度或改变其运动状态的作用力，是矢量。
当物体受到外力作用时，如果它发生了位移，那么力所做的功就等于力与其作用点的位移的乘积。
换句话说，变力做功的计算就是计算力与位移的乘积。
具体而言，变力做功的计算可以用以下公式表示：W = ∫ F·ds其中，W表示功，F表示力，s表示位移，∫表示积分运算。
上式中的积分运算是对位移s和力F进行积分，求积分结果。
首先，我们需要明确计算功的前提条件：力F和位移s必须是同方向的。
如果力和位移的方向相互垂直，则力不会对物体做功。
在实际问题中，我们通常会将力和位移分解为沿着同一方向的分量，然后对分量进行计算。
在计算变力做功时，常见的情况有以下几种：1.恒力沿直线做功：当受力恒定且沿直线方向作用于物体时，功可以通过力与位移的乘积计算。
此时的功可以简化为：W=F·s其中，W表示功，F表示力，s表示位移。
2.变力沿直线做功：当受力随着位移的变化而变化时，我们可以将位移分割为无数微小的位移，同时将力近似看作在每个微小位移上的恒力。
然后，将这些微小的功相加来计算总功。
数学上，可以用积分来描述这个过程。
总功的计算公式为：W = ∫ F·ds其中，F表示受力函数，s表示位移，∫表示积分运算。
3.两个力的合力做功：当物体受到多个力的作用时，可以将这些力分别计算出做功后再相加，或者将这些力合成一个合力，然后计算合力做的功。
具体公式为：W=W1+W2+...其中，W1、W2等表示分别由每个单独的力做的功。
需要注意的是，功是标量，其单位是焦耳（J），1焦耳等于1牛·米（N·m）。
总之，变力做功的计算是通过力与位移的乘积进行的。
具体计算方法根据不同的情况有所差异，可以通过积分、分力求和等方法来计算。
求解变力做功的十种方法
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。
变力做功的计算
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 变 力 做 功 的 定 义
03 变 力 做 功 的 分 类
04 变 力 做 功 的 实 例
05 变 力 做 功 的 物 理 意 义
06 变 力 做 功 的 计 算 方 法
Prt One
单击添加章节标题
Prt Two
变力做功的定义
应用实例：物体从 高处下落重力做功 等于其势能的减少
应用条件：物体在 重力场中运动且只 有重力做功
应用意义：理解势 能定理可以更好地 理解变力做功的物 理意义
功能原理的应用
变力做功：物 体在力的作用 下发生位移力
对物体做功
功能原理：力 对物体做功等 于物体动能的
变化量
应用实例：汽 车加速、火箭 发射、电梯升
适用范围：适用于变力做功的力与时间关系较为简单的情况
注意事项：在计算过程中需要注意恒力做功的时间间隔与变力做功的时间间隔是否一 致以及恒力做功的力是否与变力做功的力相等或近似相等
THNKS
汇报人：
实例：汽车行驶过程中轮胎与地面之间的摩擦力 摩擦力方向：与汽车行驶方向相反 摩擦力大小：与汽车质量、速度、路面状况等因素有关 摩擦力做功：将汽车的动能转化为内能使汽车速度降低
流体压力做功
流体压力：流体对物体表面的压力 做功：流体压力对物体做功使物体运动或变形 实例：流体压力推动活塞运动使机械设备运转 应用：流体压力做功广泛应用于液压系统、气动系统等设备中
适用于非恒力做功的计算
适用于力随时间变化的做 功计算
Prt Three
变力做功的分类
恒力做功
定义：物体在恒力作用下从初位置移动到末位置所做的功 计算公式：W=F*S 特点：恒力做功与位移成正比与力的大小成正比 应用：恒力做功在物理学、工程学等领域有广泛应用如机械运动、电磁感应等
求解变力做功问题的五种方法
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。
第29讲 变力做功的6种计算方法(解析版)
第29讲变力做功的6种计算方法一．知识回顾方法举例说法1.应用动能定理用力F把小球从A处缓慢拉到B处，F做功为W F，则有：W F－mgL(1－cosθ)＝0，得W F＝mgL(1－cosθ)2.微元法质量为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·Δx1＋F f·Δx2＋F f·Δx3＋…＝F f(Δx1＋Δx2＋Δx3＋…)＝F f·2πR3.等效转换法恒力F把物块从A拉到B，绳子对物块做功W＝F·⎝⎛⎭⎪⎫hsinα－hsinβ4.平均力法弹簧由伸长x1被继续拉至伸长x2的过程中，克服弹力做功W＝kx1＋kx22·(x2－x1)6.图像法在Fx图像中，图线与x轴所围“面积”的代数和就表示力F在这段位移上所做的功7.功率法汽车恒定功率为P，在时间内牵引力做的功W=Pt二.例题精析例1．如图所示，质量均为m的木块A和B，用一个劲度系数为k的竖直轻质弹簧连接，最初系统静止，重力加速度为g，现在用力F向上缓慢拉A直到B刚好要离开地面，则这一过程中弹性势能的变化量△E p和力F做的功W分别为（）A ．m 2g 2k，m 2g 2kB ．m 2g 2k，2m 2g 2kC ．0，m 2g 2kD ．0，2m 2g 2k【解答】解：开始时，A 、B 都处于静止状态，弹簧的压缩量设为x 1，由胡克定律有 kx 1＝mg ，解得：x 1=mgk物体A 恰好离开地面时，弹簧对B 的拉力为mg ，设此时弹簧的伸长量为x 2，由胡克定律有 kx 2＝mg ，解得：x 2=mg k由于弹簧的压缩量和伸长量相等，则弹簧的弹性势能变化为零； 这一过程中，物体A 上移的距离为：d ＝x 1+x 2=2mgk ，根据功能关系可得拉力做的功等于A 的重力势能的增加量，则有：W ＝mgd =2m 2g 2k ，故D 正确，ABC 错误。
变力做功的计算【范本模板】
变力做功的计算公式适用于恒力功的计算，对于变力做功的计算,一般有以下几种方法.一、微元法对于变力做功，不能直接用进行计算，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。
求此过程中摩擦力所做的功。
图1思路点拨：由题可知，物块受的摩擦力在整个运动过程中大小不变，方向时刻变化，是变力，不能直接用求解；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。
图2正确解答：把圆轨道分成无穷多个微元段，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，，…，，摩擦力在一周内所做的功。
误点警示：对于此题，若不加分析死套功的公式，误认为位移s＝0，得到W＝0,这是错误的。
必须注意本题中的F是变力。
小结点评：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。
［发散演习］如图3所示，某个力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，但方向任何时刻与作用点处的切线方向保持一致。
则转动半圆,这个力F做功多少？图3答案:31。
4J。
二、图象法在直角坐标系中，用纵坐标表示作用在物体上的力F，横坐标表示物体在力的方向上的位移s。
如果作用在物体上的力是恒力，则其F－s图象如图4所示。
经过一段时间物体发生的位移为s0,则图线与坐标轴所围成的面积（阴影面积）在数值上等于力对物体做的功W ＝Fs,s轴上方的面积表示力对物体做正功（如图4（a）所示),s轴下方的面积表示力对物体做负功（如图4（b)所示）。
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变力做功的计算 Prepared on 22 November 2020变力做功的计算公式适用于恒力功的计算，对于变力做功的计算，一般有以下几种方法。
一、微元法对于变力做功，不能直接用进行计算，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。
求此过程中摩擦力所做的功。
图1思路点拨：由题可知，物块受的摩擦力在整个运动过程中大小不变，方向时刻变化，是变力，不能直接用求解；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。
图2正确解答：把圆轨道分成无穷多个微元段，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，，…，，摩擦力在一周内所做的功。
误点警示：对于此题，若不加分析死套功的公式，误认为位移s＝0，得到W＝0，这是错误的。
必须注意本题中的F是变力。
小结点评：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。
［发散演习］如图3所示，某个力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，但方向任何时刻与作用点处的切线方向保持一致。
则转动半圆，这个力F做功多少图3答案：。
二、图象法在直角坐标系中，用纵坐标表示作用在物体上的力F，横坐标表示物体在力的方向上的位移s。
如果作用在物体上的力是恒力，则其F－s图象如图4所示。
经过一段时间物体发生的位移为s0，则图线与坐标轴所围成的面积（阴影面积）在数值上等于力对物体做的功W＝Fs，s轴上方的面积表示力对物体做正功（如图4（a）所示），s轴下方的面积表示力对物体做负功（如图4（b）所示）。
图4如果F－s图象是一条曲线（如图5所示），表示力的大小随位移不断变化，在曲线下方作阶梯形折线，则折线下方每个小矩形面积分别表示相应恒力做的功。
当阶梯折线越分越密时，这些小矩形的总面积越趋近于曲线下方的总面积，可见曲线与坐标轴所围成的面积在数值上等于变力所做的功。
由于F－s图象可以计算功，因此F－s图象又称为示功图。
图5例2. 子弹以速度射入墙壁，入射深度为h。
若子弹在墙中受到的阻力与深度成正比，欲使子弹的入射深度为2h，求子弹的速度应增大到多少思路点拨：阻力随深度的变化图象如图6所示，由图象求出子弹克服阻力做的功，再由动能进行求解。
图6正确解答：解法一：设射入深度为h时，子弹克服阻力做功W1；射入深度为2h 时，子弹克服阻力做功W2。
由图6可知①根据动能定理，子弹减少的动能用于克服阻力做功，有②③①②③联立求解得。
解法二：设阻力与深度间的比例系数为k，F f＝ks。
由于F f随位移是线性变化的，所以F f的平均值为。
根据动能定理，有①②①②联立求解得。
小结点评：若力随位移按一次方函数关系变化时，求功时可用平均作用力来代替这个变力，用恒力功的公式求功，也可用F－s图象求功；若力随位移的变化不是一次函数关系，则可用图象求功，而不能用平均值求功。
［发散练习］1. 如图7所示，有一劲度系数k＝500N/m的轻弹簧，左端固定在墙壁上，右端紧靠一质量m＝2kg的物块，物块与水平面间的动摩擦因数，弹簧处于自然状态。
现缓慢推动物块使弹簧从B到A处压缩10cm，然后由静止释放物块，求（1）弹簧恢复原长时，物块的动能为多大（2）在弹簧恢复原长的过程中，物块的最大动能为多大图7答案：（1）；（2）。
提示：（1）从A到B的过程，对物体应用动能定理得，其中。
W弹可利用示功图求出，画出弹簧弹力随位移变化的图象（如图8所示）F1＝kx1，弹力做功的值等于△OAB的面积，即，所以。
图8（2）放开物体后，物体做的是加速度越来越小的加速运动，当弹簧的弹力等于摩擦力时，物体有最大的动能。
设此时弹簧的压缩量为。
由得。
物体的位移。
在这一过程中弹力的功在数值上等于图8中梯形OADC的面积，即，所以物块的最大动能为。
2. 用质量为5kg的均匀铁索从10m深的井中吊起一质量为20kg的物体，在这个过程中至少要做多少功（g取10m/s2）答案：2250J提示：作用在物体和铁索上的力至少应等于物体和铁索的重力，但在拉起铁索的过程中，铁索长度逐渐缩短，因此拉力也逐渐减小，即拉力是一个随距离变化的变力。
从物体在井底开始算起，拉力随深度h的变化关系是（0≤h≤10），作出F－h图线如图9所示，利用示功图求解拉力的功（可用图中梯形面积表示），得出。
图93. 一辆汽车质量为1×105kg，从静止开始运动，其阻力为车重的倍。
其牵引力的大小与车前进的距离是线性关系，且，是车所受阻力，当该车前进100m 时，牵引力做了多少功答案：1×107J。
提示：阻力。
则牵引力为。
作出F－s图象如图10所示，图中梯形OABD的面积表示牵引力的功，所以。
图10三、利用W＝Pt求变力做功这是一种等效代换的观点，用W＝Pt计算功时，必须满足变力的功率是一定的。
例3. 汽车的质量为m，输出功率恒为P，沿平直公路前进距离s的过程中，其速度由v1增至最大速度。
假定汽车在运动过程中所受阻力恒定，则汽车通过距离s所用的时间为_____________。
思路点拨：汽车以恒定的功率P加速时，由P＝Fv可知，牵引力逐渐减小，汽车做加速度逐渐减小的加速运动，当F＝F f时，加速度减小到零，速度达到最大，然后以最大的速度做匀速直线运动。
正确解答：当F＝F f时，汽车的速度达到最大v2，由可得①对汽车，根据动能定理，有②①②两式联立得。
误点警示：有同学可能这样解：平均速度，时间。
这样解是错误的，因为汽车的运动不是匀加速运动，不能用求平均速度。
小结点评：汽车以恒定的功率起动时，牵引力是变力，牵引力的功不能用W＝Fs计算，但可以用W＝Pt计算；若用求牵引力的功也是错误的，因为牵引力随位移的变化不是线性关系，不能用求平均牵引力。
［发散演习］质量为m的汽车在平直的公路上从速度v0开始加速行驶，经过一段时间t后，前进了距离s，此时恰好达到其最大速度，设此过程中汽车发动机始终以额定功率P工作，汽车所受的阻力为恒力F f，则这段时间里，发动机所做的功为（）..答案：A、B提示：发动机所做的功即为发动机牵引力做的功，由功率定义可知W＝Pt，选项B 正确。
汽车以恒定功率起动，当F＝F f时，达到最大速度，应有，所以t，选项A正确。
选项C、D均将汽车的运动看作匀变速运动，其中选项C是先求出a，再求出合外力ma的功，选项D是先算出平均速度，然后用表示发动机做的功，显然都是错误的，因为机车的运动是变加速运动而不是匀变速运动。
四、利用功能关系求变力功求变力所做的功，往往根据动能定理、机械能守恒定律和功能关系等规律，用能量的变化量等效代换变力所做的功。
这种方法的优点是不考虑变力做功过程中力的大小及方向的细节，只考虑变力做功的效果能量变化，解题过程简捷，是求变力功的首选方法。
例4. 如图11所示，质量m＝2kg的小球系在轻细橡皮条一端，另一端固定在悬点O处。
将橡皮条拉直至水平位置OA处（橡皮条无形变）然后将小球由A处静止释放，小球到达O点正下方h＝处的B点时的速度为v＝2m/s。
求小球从A运动到B的过程中橡皮条的弹力对小球所做的功。
取g＝10m/s2。
图11思路点拨：取小球、橡皮条和地球组成的系统为研究对象，在小球从A运动到B的过程中，只有系统内的重力和弹力做功，机械能守恒。
正确解答：取过B点的水平面为零重力势能参考平面，橡皮条为原长时的弹性势能为零。
设在B时橡皮条的弹性势能为E p2，由机械能守恒定律得则橡皮条的弹性势能增加6J，则小球的机械能必减少6J，故橡皮条的弹力对小球做功－6J。
小结点评：弹簧或橡皮条的弹力是变力，求此类弹力做功可用机械能守恒定律结合弹力做功与弹性势能变化的关系。
［发散演习］竖直向上抛出，落回抛出点时的速度为v，已1. 将一质量为m的物体以初速度v知空气阻力与速率成正比，则从抛出到落回抛出点的整个过程中，空气阻力做的功为__________。
答案：。
提示：对整个过程应用动能定理。
2. 如图12所示，物体沿曲面从A点无初速度滑下，滑至曲面的最低点B时，下滑的高度为5m，速度为6m/s。
若物体的质量为1kg。
则下滑过程中物体克服阻力所做的功为多少图12答案：根据动能定理可得 。
五、利用动能定理求变力功6．质量为m 的小球被系在轻绳的一端，在竖直平面内做半径为R 的圆周运动，运动过程中小球受到空气阻力的作用。
设某一时刻小球通过轨道的最低点，此时绳子的张力为7mg ，此后小球继续做圆周运动，经过半个圆周恰能通过最高点，则在此过程中小球克服空气阻力所做的功为（ ）A ．41mgRB ．21mgRC ．31mgRD ．mgR5．某消防队员从一平台跳下，下落2m 后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又下降了。
在着地过程中，地面对他双腿的平均作用力是他自身重力的（ ）A ．2倍；B ．5倍；C ．8倍；D ．10倍4．如图所示，质量为m 的物体用细绳经过光滑小孔牵引在光滑水平面上做匀速圆周运动，拉力为某个值F 时，转动半径为R ，当拉力逐渐减小到时，物体以另一线速度仍做匀速圆周运动，半径为2R ，则物体克服外力所做的功是( )A ．0B ．C ．D ．2．如图所示，AB为1/4圆弧轨道，BC为水平直轨道，圆弧的半径为R，BC的长度也是R，一质量为m的物体，与两个轨道间的动摩擦因数都为，当它由轨道顶端A从静止开始下落，恰好运动到C处停止，那么物体在AB段克服摩擦力所做的功为（）A． B．C． D．1、质量为m的小球从离泥塘高H处由静止落下，不计空气阻力，落在泥塘上又深入泥塘如图所示，求小球在泥塘中运动时所受平均阻力多大后停止，训练1．一粒钢球从1 高处自静止状态开始自由下落，然后陷入泥潭后停止运动，若钢球的质量为，空气阻力忽略不计，则钢球克服泥潭的阻力做功_____J。