力的瞬时功率P=Fvcos θ,当式中的F、v、θ有两个或三个都在变化时,该怎么分析呢?
【问题】
如图所示,细线的一端固定于O 点,另一端系一小球.在水平拉力作用下,小球以恒定速率在竖直平面内由A 点运动到B 点.在此过程中拉力的瞬时功率的变化情况是( )
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A.逐渐减小
B.逐渐增大
C.先增大,后减小
D.先减小,后增大
【特点】
小球以恒定的速率由A 点运动到B 点的过程中,拉力、拉力与速度的夹角都是变化的,不便根据公式P=Fvcos θ直接作出判断。
【解答】
方法1:解析法.
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因小球速率不变,所以小球以O点为圆心做匀速圆周运动,受力如图所示.
设绳与竖直方向的夹角为θ,则在切线方向上有:mgsin θ=Fcos θ
拉力F的瞬时功率:P=Fvcos θ
联立解得:P=mgvsin θ.
所以小球从A运动到B的过程中,拉力的瞬时功率随θ的增大而增大,选项B正确.
方法2:转化法.
因小球的动能始终不变,所以拉力F的瞬时功率就等于小球克服重力做功的瞬时功率,即:P=-PG=-mgvcos(90°+θ)=mgvsin θ.
所以小球从A运动到B的过程中,拉力的瞬时功率随θ的增大而增大,选项B正确.
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