[示例] 如图所示,在一半径为R=6 m的圆弧形桥面的底端A,某人把一质量为m=8 kg的物块(可看成质点)。用大小始终为F=75 N的拉力从底端缓慢拉到桥面顶端B(圆弧AB在同一竖直平面内),拉力的方向始终与物块在该点的切线成37°角,整个圆弧桥面所对的圆心角为120°,g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8。求这一过程中:
(1)拉力F做的功;
(2)桥面对物块的摩擦力做的功。
[解析] (1)将圆弧分成很多小段l1、l2、…、ln,拉力在每一小段上做的功为W1、W2、…、Wn。因拉力F大小不变,方向始终与物块在该点的切线成37°角,所以W1=Fl1cos 37°、W2=Fl2cos 37°…Wn=Flncos 37°
所以WF=W1+W2+…+Wn=Fcos 37°(l1+l2+…+ln)=Fcos 37°··2πR≈376.8 J。
(2)重力G做的功WG=-mgR(1-cos 60°)=-240 J,因物块在拉力F作用下缓慢移动,动能不变,由动能定理知WF+WG+Wf=0
所以Wf=-WF-WG=-376.8 J+240 J=-136.8 J。
[答案] (1)376.8 J (2)-136.8 J