力的瞬時功率P=Fvcos θ,當式中的F、v、θ有兩個或三個都在變化時,該怎麼分析呢?
【問題】
如圖所示,細線的一端固定於O 點,另一端系一小球.在水平拉力作用下,小球以恆定速率在豎直平面內由A 點運動到B 點.在此過程中拉力的瞬時功率的變化情況是( )
A.逐漸減小
B.逐漸增大
C.先增大,後減小
D.先減小,後增大
【特點】
小球以恆定的速率由A 點運動到B 點的過程中,拉力、拉力與速度的夾角都是變化的,不便根據公式P=Fvcos θ直接作出判斷。
【解答】
方法1:解析法.
因小球速率不變,所以小球以O點為圓心做勻速圓周運動,受力如圖所示.
設繩與豎直方向的夾角為θ,則在切線方向上有:mgsin θ=Fcos θ
拉力F的瞬時功率:P=Fvcos θ
聯立解得:P=mgvsin θ.
所以小球從A運動到B的過程中,拉力的瞬時功率隨θ的增大而增大,選項B正確.
方法2:轉化法.
因小球的動能始終不變,所以拉力F的瞬時功率就等於小球克服重力做功的瞬時功率,即:P=-PG=-mgvcos(90°+θ)=mgvsin θ.
所以小球從A運動到B的過程中,拉力的瞬時功率隨θ的增大而增大,選項B正確.
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