剛剛講完變力功而未及動(dòng)能定理之時(shí),會(huì)有一種獨(dú)立于微元法和圖像法之外的“等效”求變力功的方法。其典型例題如下,然而由于沒有動(dòng)能定理和功能原理的基礎(chǔ),很多學(xué)生無法理解“等效”之何以等效,造成照貓畫虎可以,但透徹說清原理卻很困難的局面。 很多時(shí)候,不少初中物理尚可的小孩后來到高中掉隊(duì)了,原因即在于此:似懂非懂,也不知道自己究竟什么地方不懂,再加上不經(jīng)常問問題、再耍點(diǎn)兒小聰明,學(xué)的浮泛而不自知,天長日久,想再重新學(xué)起,都不知道從何處下手,半生不熟,上不上、下不下,淪落到不堪的境地。 例題: 某人利用如圖裝置,用的恒力作用于不計(jì)質(zhì)量的細(xì)繩的一端,在水平面上拉動(dòng)物體,初態(tài)繩與水平面成角,末態(tài),。不計(jì)滑輪質(zhì)量和繩與滑輪間的摩擦,求在此過程中,拉力對(duì)物體做的功。 ![]() 解析: 如圖,取對(duì)象為被拉動(dòng)的物體,則由“功是能量轉(zhuǎn)化的量度”,設(shè)能量變化為,則拉力對(duì)物體做的功為待求的;由于繩與水平夾角不斷變化,無法直接求出。 但是,如果取物體和左側(cè)的繩為研究對(duì)象,則繩右側(cè)的拉力做功,對(duì)應(yīng)能量變化為,而繩沒有質(zhì)量,不占有能量,所以,亦即。 因此,求就是在求,而是恒力做功,求解完畢。 ![]() 質(zhì)疑: 是否可以像微元法或圖像法那樣直接求解呢?可以的,但這對(duì)于高一的學(xué)生來說,似乎稍困難了一點(diǎn);既已有等效的思想方法,真的是不建議強(qiáng)求的;若實(shí)在有強(qiáng)求的愿望,何以不在高一時(shí)便把高中數(shù)學(xué)那一點(diǎn)點(diǎn)微積分初步提前學(xué)了它?所以只當(dāng)是拓展看看。世間千萬般物事,多數(shù)不可強(qiáng)求,唯物理可強(qiáng)求。 過程:在物體運(yùn)動(dòng)過程中,取繩與水平夾角在至的微小過程,有 ![]() 即 即 由兩角差正弦公式,有 考慮到很小,則,有 現(xiàn)考慮微元累積,則有 這是一個(gè)極其簡單的積分,結(jié)果為 。 |
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