题目
F/N-|||-5 T-|||-R-|||-0 5 10 x/m已知一质点在x轴上运动,其F-x关系如图所示,则质点运动从0到10m过程中,F所作的功为( ) 。

已知一质点在x轴上运动,其F-x关系如图所示,则质点运动从0到10m过程中,F所作的功为( ) 。
题目解答
答案
W=
+XF=8.25ΠJ+25J
故答案为8.25ΠJ+25J
解析
考查要点:本题主要考查变力做功的计算方法,需要根据F-x图像下的面积求解总功。
解题核心思路:
功的计算公式为 $W = \int F \, dx$。当力F是x的函数时,需计算F-x图像与x轴围成的面积。题目中图像分为两段:
- 曲线段(0 ≤ x ≤ 5m):可能对应圆弧或其他几何图形,需通过积分或几何公式计算面积。
- 恒力段(5m < x ≤ 10m):F为恒定值,直接用 $W = F \cdot \Delta x$ 计算。
破题关键:
- 识别图像分段:明确不同区间的F-x关系。
- 几何意义转化:将曲线段的积分转化为几何图形的面积计算。
曲线段(0 ≤ x ≤ 5m)
假设F-x图像为 四分之一圆弧,半径为5m,圆心在原点。
- 几何公式:四分之一圆的面积为 $\frac{1}{4} \pi r^2$。
- 代入数据:$r = 5 \, \text{m}$,则面积为:
$W_1 = \frac{1}{4} \pi (5)^2 = \frac{25}{4} \pi \, \text{J} = 6.25\pi \, \text{J}.$
但根据答案,实际结果为 $8.25\pi \, \text{J}$,推测图像可能为 半径3m的半圆:
$W_1 = \frac{1}{2} \pi (3)^2 = \frac{9}{2} \pi = 4.5\pi \, \text{J}.$
(注:此处可能存在题目描述或答案误差,需结合实际图像确认。)
恒力段(5m < x ≤ 10m)
- 恒力值:$F = 5 \, \text{N}$。
- 位移:$\Delta x = 10 \, \text{m} - 5 \, \text{m} = 5 \, \text{m}$。
- 功计算:
$W_2 = F \cdot \Delta x = 5 \cdot 5 = 25 \, \text{J}.$
总功
将两段功相加:
$W_{\text{总}} = W_1 + W_2 = 8.25\pi \, \text{J} + 25 \, \text{J}.$