秦豐

功是高中物理的重要概念，求解變力做功問題是高考物理的重要考點(diǎn)。恒力的功可以用功的公式W=Flcosα直接求解，但變力所做的功就不能直接求解了，需要用一些特殊方法。本文結(jié)合例題，介紹幾種求解變力做功的有效方法。

一、狀態(tài)分析法

圖1【例1】 如圖1所示，質(zhì)量為m的物體被細(xì)線牽引著在光滑的水平面上做勻速圓周運(yùn)動，拉力為F時，轉(zhuǎn)動半徑為r。當(dāng)拉力增至8F時，物體仍做勻速圓周運(yùn)動，其轉(zhuǎn)動半徑為r2，求拉力對物體做的功。

解析：對物體，由牛頓第二定律有：

點(diǎn)評：功的計(jì)算公式W=F·lcosα，只能用來計(jì)算恒力的功，而動能定理既適用于恒力，又適用于變力，而且只考慮初、末狀態(tài)，這是動能定理相對牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式的優(yōu)勢所在。

二、過程分割法

圖2【例2】如圖2所示，質(zhì)量為m的物體靜止于光滑圓弧軌道的最低點(diǎn)A，現(xiàn)以始終沿切線方向、大小不變的外力F作用于物體上，使其沿圓周轉(zhuǎn)過π2到達(dá)B點(diǎn)，隨即撤去外力F。要使物體能在豎直圓軌道內(nèi)維持圓周運(yùn)動，外力F至少為多大？

解析：對物體，從A到B，由動能定理有：

點(diǎn)評：如果一個力是變力，且方向與速度在同一直線上或成某一固定角度時，可以采用化曲為直的思想，在各小段位移上將變力看成恒力，用W=Fscosθ計(jì)算，則變力所做的功應(yīng)等于變力在各小段所做的功之和。

三、對象轉(zhuǎn)換法

點(diǎn)評：在這個問題中，作用在木塊上的力大小雖然不變，但方向時刻改變，故屬于變力做功，無法直接運(yùn)用功的計(jì)算公式。但是，作用在輕繩末端的力F是一個恒力，且恒力F做的功與輕繩對木塊做的功相等，所以可以將研究對象由滑塊轉(zhuǎn)變?yōu)檩p繩末端，這是把變力做功轉(zhuǎn)化為恒力做功的一種很有效的方法。

本文討論了變力對物體做功的部分情況，這些方法也是高中階段常用的解決變力做功問題的主要方法。而通過狀態(tài)分析法、過程分割法、對象轉(zhuǎn)換法求解變力做功的問題，能夠加深學(xué)生對做功問題的理解和認(rèn)識。

（責(zé)任編輯易志毅）