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文檔簡介
第七章
5探究彈性勢能的表達式第七章5探究彈性勢能的表達式學習目標
1.知道探究彈性勢能表達式的思路.2.理解彈性勢能的概念,會分析決定彈性勢能大小的相關因素.3.體會探究過程中的猜想、分析和轉化的方法.4.領悟求彈力做功時通過細分過程化變力為恒力的思想方法.學習目標內容索引Ⅰ自主預習梳理Ⅱ重點知識探究Ⅲ當堂達標檢測內容索引自主預習梳理Ⅰ自主預習梳理Ⅰ1.定義:發(fā)生
形變的物體的各部分之間,由于有
的相互作用而具有的勢能.2.彈簧的彈性勢能:彈簧的長度為
時,彈性勢能為0,彈簧被
或被
后,就具有了彈性勢能.一、彈性勢能彈性彈力原長拉長壓縮1.定義:發(fā)生形變的物體的各部分之間,由1.猜想(1)彈性勢能與彈簧被拉伸的長度有關,同一個彈簧,拉伸的長度
,彈簧的彈性勢能也越大.(2)彈性勢能與彈簧的勁度系數(shù)有關,在拉伸長度l相同時,勁度系數(shù)k
,彈性勢能越大.2.探究思路:彈力做功與彈性勢能變化的關系同
做功與
勢能的變化關系相似,故通過探究
得到彈性勢能的表達式.3.彈力做功的計算:把拉伸彈簧的過程分為很多小段,拉力在每一小段可以認為是
,它在各段做功
可以代表拉力在整個過程做的功.二、探究彈性勢能的表達式越大越大重力
重力彈力做功恒力
之和1.猜想二、探究彈性勢能的表達式越大越大重力判斷下列說法的正誤.(1)不同彈簧發(fā)生相同的形變時,彈力做功相同.(
)(2)同一彈簧長度不同時,彈性勢能一定不同.(
)(3)發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能.(
)(4)彈性勢能與彈簧的形變量和勁度系數(shù)有關.(
)(5)彈簧被壓縮時,彈性勢能為負;彈簧被拉伸時,彈性勢能為正.(
)即學即用×√×√×判斷下列說法的正誤.即學即用×√×√×Ⅱ重點知識探究Ⅱ重點知識探究一、探究彈性勢能的表達式導學探究1.如圖1所示,在光滑水平面上用物塊向左壓縮彈簧一定距離后,把物塊靜止釋放,我們多做幾次實驗發(fā)現(xiàn),同一根彈簧,壓縮的長度越大,物體被彈開的速度越大.不同彈簧,在壓縮量相同時,勁度系數(shù)越大,物體被彈開的速度越大.(1)由此我們猜測,彈簧的彈性勢能可能與哪些因素有關?答案答案
與勁度系數(shù)和形變量有關圖1一、探究彈性勢能的表達式導學探究1.如圖1所示,在光滑水平面(2)我們在研究重力勢能的時候,是從分析重力做功入手的,由此你得到什么啟發(fā)?答案答案
可以通過探究彈力做功來研究彈性勢能.(2)我們在研究重力勢能的時候,是從分析重力做功入手的,由此2.如圖2所示,彈簧處于原長時,其右端位于A點.現(xiàn)將彈簧由A點緩慢拉到B點,使其伸長Δl(仍處于彈性限度內):(1)在從A拉到B的過程中彈簧的彈性勢能如何變化?彈性勢能與拉力做的功有什么關系?答案答案
彈簧的彈性勢能變大.拉力做的功越多,彈簧儲存的彈性勢能越大且拉力做的功等于彈簧的彈性勢能.圖22.如圖2所示,彈簧處于原長時,其右端位于A點.現(xiàn)答案答案(2)拉力F是恒力嗎?怎樣計算拉力的功?答案答案
拉力F不是恒力,故不能用W=FΔl計算拉力的功.若將從A到B的過程分成很多小段Δl1、Δl2、Δl3…,在各個小段上拉力可近似認為是不變的.各小段上拉力做的功分別是F1Δl1、F2Δl2、F3Δl3…,拉力在整個過程中做的功W=F1Δl1+F2Δl2+F3Δl3+….(2)拉力F是恒力嗎?怎樣計算拉力的功?答案答案拉力(3)作出F-Δl圖象并類比v-t圖象中面積的含義,思考F-Δl圖象中“面積”有何物理意義?當Δl=x時,其表達式是怎樣的?答案(3)作出F-Δl圖象并類比v-t圖象中面積的含義,思考F-1.探究思路及方法(1)猜想:彈性勢能與彈簧的勁度系數(shù)和形變量有關.(2)探究思路:彈性勢能的變化量與彈力做功相等.2.彈性勢能的推導根據(jù)胡克定律F=kx,作出彈力F與彈簧伸長量x關系的F-x圖線,根據(jù)W=Fx知,圖線與橫軸所圍的面積應等于F所做的功,知識深化1.探究思路及方法知識深化3.對彈性勢能的理解(1)產(chǎn)生原因:物體發(fā)生了形變,而且物體各部分間有彈力的作用.(2)大小的影響因素:彈簧的勁度系數(shù)和形變量.3.對彈性勢能的理解例1
關于彈性勢能,下列說法中正確的是A.只有彈簧發(fā)生彈性形變時才具有彈性勢能,其他物體發(fā)生彈性形變時
是不會有彈性勢能的B.彈簧伸長時有彈性勢能,壓縮時沒有彈性勢能C.在彈性限度范圍內,同一個彈簧形變量越大,彈性勢能就越大D.火車車廂底下的彈簧比自行車車座底下的彈簧硬,則將它們壓縮相同
的長度時,火車車廂底下的彈簧具有的彈性勢能小答案√解析例1關于彈性勢能,下列說法中正確的是答案√解析解析所有發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能,A錯;彈簧伸長和壓縮時都具有彈性勢能,B錯;根據(jù)彈性勢能的表達式
知C對;火車車廂底下的彈簧比自行車車座底下的彈簧勁度系數(shù)大,所以壓縮相同長度時火車車廂底下的彈簧具有的彈性勢能大,D錯.解析所有發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能,A錯;1.彈性勢能的系統(tǒng)性:彈性勢能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質點因相對位置改變而具有的能量,因此彈性勢能具有系統(tǒng)性.2.彈性勢能的相對性:彈性勢能的大小與選定的零勢能位置有關,對于彈簧,一般規(guī)定彈簧處于原長時的彈性勢能為零.注意:對于同一個彈簧,伸長和壓縮相同的長度時,彈簧的彈性勢能是相同的.總結提升1.彈性勢能的系統(tǒng)性:彈性勢能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質點解析
如果彈簧原來處在壓縮狀態(tài),當它變長時,它的彈性勢能應該減小,當它變短時,它的彈性勢能應該增大,在原長處它的彈性勢能最小,A、B錯;由于彈簧處于自然長度時的彈性勢能最小,若選彈簧自然長度時的彈性勢能為0,則其他長度時的彈性勢能均為正值,C對,D錯.針對訓練1
關于彈簧的彈性勢能,下列說法中正確的是A.當彈簧變長時,它的彈性勢能一定增大B.當彈簧變短時,它的彈性勢能一定減小C.若選彈簧自然長度時的彈性勢能為0,則其他長度的彈性勢能均為正值D.若選彈簧自然長度時的彈性勢能為0,則伸長時彈性勢能為正值,壓縮
時彈性勢能為負值答案√解析解析如果彈簧原來處在壓縮狀態(tài),當它變長時,它的彈性勢能應該二、彈力做功與彈性勢能變化的關系導學探究如圖3所示,物體與彈簧相連,物體在O點時彈簧處于原長,把物體向右拉到A處靜止釋放,物體會由A向A′運動,則:(1)物體由A向O運動的過程中,彈力做什么功?彈性勢能如何變化?答案答案
正功減少圖3(2)物體由O向A′運動的過程中,彈力做什么功?彈性勢能如何變化?答案
負功增加二、彈力做功與彈性勢能變化的關系導學探究如圖3所示,物體與彈1.彈力做功與彈性勢能變化的關系(1)關系:彈力做正功時,彈性勢能減少,彈力做負功時,彈性勢能增加,并且彈力做多少功,彈性勢能就變化多少.(2)表達式:W彈=-ΔEp=Ep1-Ep2.2.使用范圍:在彈簧的彈性限度內.注意:彈力做功和重力做功一樣,也和路徑無關,彈性勢能的變化只與彈力做功有關.知識深化1.彈力做功與彈性勢能變化的關系知識深化答案例2
如圖4所示,處于自然長度的輕質彈簧一端與墻接觸,另一端與置于光滑地面上的物體接觸,現(xiàn)在物體上施加一水平推力F,使物體緩慢壓縮彈簧,當推力F做功100J時,彈簧的彈力做功______J,以彈簧處于自然長度時的彈性勢能為零,則彈簧的彈性勢能為____J.-100100解析圖4解析在物體緩慢壓縮彈簧的過程中,推力F始終與彈簧彈力等大反向,所以推力F做的功等于克服彈簧彈力所做的功,即W彈=-WF=-100J.由彈力做功與彈性勢能的變化關系知,彈性勢能增加了100J.答案例2如圖4所示,處于自然長度的輕質彈簧一端與-1001針對訓練2如圖5所示,輕彈簧下端系一重物,O點為其平衡位置(即重力和彈簧彈力大小相等的位置),今用手向下拉重物,第一次把它直接拉到A點,彈力做功為W1,第二次把它拉到B點后再讓其回到A點,彈力做功為W2,則這兩次彈力做功的關系為A.W1<W2
B.W1=2W2C.W2=2W1
D.W1=W2解析解析
彈力做功與路徑無關,只與初、末位置有關,兩次初、末位置相同,故W1=W2,D正確.圖5答案√針對訓練2如圖5所示,輕彈簧下端系一重物,O點為其平衡位三、利用F-x圖象求解變力做功的問題例3彈簧原長l0=15cm,受拉力作用后彈簧逐漸伸長(仍在彈性限度內),當彈簧伸長到長度為l1=20cm時,作用在彈簧上的力為400N,問:(1)彈簧的勁度系數(shù)k為多少?答案答案
8000N/m解析三、利用F-x圖象求解變力做功的問題例3彈簧原長l0=15答案(2)在該過程中彈力做了多少功?答案
-10J解析解析
由于F=kx,作出F-x圖象如圖所示,求出圖中陰影部分的面積,即為彈力做功的絕對值,由于在伸長過程中彈力F的方向與位移x的方向相反,故彈力F在此過程中做負功,答案(2)在該過程中彈力做了多少功?答案-10J解析解析當力F與位移x成線性關系時,求該力做功的方法1.圖象法:F-x圖象與x坐標軸圍成的面積,即為F在這段位移x上所做的功.2.平均值法:求出某段位移x上力的平均值
得出力F在這段位移x上所做的功.方法點撥當力F與位移x成線性關系時,求該力做功的方法方法點撥當堂達標檢測Ⅲ當堂達標檢測Ⅲ解析發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間,由于彈力作用而具有的勢能,叫做彈性勢能,所以,任何發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能,任何具有彈性勢能的物體一定發(fā)生了彈性形變.物體發(fā)生了形變,若是非彈性形變,無彈力作用,則物體就不具有彈性勢能.彈簧的彈性勢能除了跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關外,還跟彈簧的勁度系數(shù)有關.故選A、B.1.(對彈性勢能的理解)(多選)關于彈性勢能,下列說法中正確的是A.任何發(fā)生彈性形變的物體,都具有彈性勢能B.任何具有彈性勢能的物體,一定發(fā)生了彈性形變C.物體只要發(fā)生形變,就一定具有彈性勢能D.彈簧的彈性勢能只跟彈簧被拉伸或壓縮的長度有關123答案√√解析解析發(fā)生彈性形變的物體的各部分之間,由于彈力作用而具有的勢2.(彈力做功與彈性勢能變化的關系)(多選)如圖6所示,一個物體以速度v0沖向與豎直墻壁相連的輕質彈簧,墻壁和物體間的彈簧被物體壓縮,在此過程中,以下說法正確的是A.物體對彈簧做的功與彈簧的壓縮量成正比B.物體向墻壁運動相同的位移,彈力做的功不相等C.彈簧的彈力做正功,彈性勢能增加D.彈簧的彈力做負功,彈性勢能增加解析圖6答案√√1232.(彈力做功與彈性勢能變化的關系)(多選)如圖6所示,一個解析
選項A錯誤;彈簧開始被壓縮時彈力小,彈力做的功也少,彈簧的壓縮量變大時,物體移動相同的距離做的功多,故選項B正確;物體壓縮彈簧的過程,彈簧的彈力與彈力作用點的位移方向相反,所以彈力做負功,彈性勢能增加,故選項C錯誤,選項D正確.123解析3.(變力做功的計算)如圖7所示,輕彈簧一端與豎直墻壁相連,另一端與一質量為m的木塊相連,木塊放在光滑的水平面上,彈簧的勁度系數(shù)為k,彈簧處于自然狀態(tài),用水平力F緩慢拉木塊,使木塊前進l,求這一過程中拉力對木塊做了多少功.解析答案圖71233.(變力做功的計算)如圖7所示,輕彈簧一端與豎直墻解析答解析
解法一緩慢拉動木塊,可認為木塊處于平衡狀態(tài),故拉力大小等于彈力大小,即F=kx.解法二畫出力F隨位移x的變化圖象.當位移為l時,F(xiàn)=kl,由于力F做功的大小與圖象中陰影部分的面積相等,123解析解法一緩慢拉動木塊,可認為木塊處于平衡狀態(tài),故拉力大感謝閱讀下載!僅供參考學習之用!祝生活愉快感謝閱讀下載!33第七章
5探究彈性勢能的表達式第七章5探究彈性勢能的表達式學習目標
1.知道探究彈性勢能表達式的思路.2.理解彈性勢能的概念,會分析決定彈性勢能大小的相關因素.3.體會探究過程中的猜想、分析和轉化的方法.4.領悟求彈力做功時通過細分過程化變力為恒力的思想方法.學習目標內容索引Ⅰ自主預習梳理Ⅱ重點知識探究Ⅲ當堂達標檢測內容索引自主預習梳理Ⅰ自主預習梳理Ⅰ1.定義:發(fā)生
形變的物體的各部分之間,由于有
的相互作用而具有的勢能.2.彈簧的彈性勢能:彈簧的長度為
時,彈性勢能為0,彈簧被
或被
后,就具有了彈性勢能.一、彈性勢能彈性彈力原長拉長壓縮1.定義:發(fā)生形變的物體的各部分之間,由1.猜想(1)彈性勢能與彈簧被拉伸的長度有關,同一個彈簧,拉伸的長度
,彈簧的彈性勢能也越大.(2)彈性勢能與彈簧的勁度系數(shù)有關,在拉伸長度l相同時,勁度系數(shù)k
,彈性勢能越大.2.探究思路:彈力做功與彈性勢能變化的關系同
做功與
勢能的變化關系相似,故通過探究
得到彈性勢能的表達式.3.彈力做功的計算:把拉伸彈簧的過程分為很多小段,拉力在每一小段可以認為是
,它在各段做功
可以代表拉力在整個過程做的功.二、探究彈性勢能的表達式越大越大重力
重力彈力做功恒力
之和1.猜想二、探究彈性勢能的表達式越大越大重力判斷下列說法的正誤.(1)不同彈簧發(fā)生相同的形變時,彈力做功相同.(
)(2)同一彈簧長度不同時,彈性勢能一定不同.(
)(3)發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能.(
)(4)彈性勢能與彈簧的形變量和勁度系數(shù)有關.(
)(5)彈簧被壓縮時,彈性勢能為負;彈簧被拉伸時,彈性勢能為正.(
)即學即用×√×√×判斷下列說法的正誤.即學即用×√×√×Ⅱ重點知識探究Ⅱ重點知識探究一、探究彈性勢能的表達式導學探究1.如圖1所示,在光滑水平面上用物塊向左壓縮彈簧一定距離后,把物塊靜止釋放,我們多做幾次實驗發(fā)現(xiàn),同一根彈簧,壓縮的長度越大,物體被彈開的速度越大.不同彈簧,在壓縮量相同時,勁度系數(shù)越大,物體被彈開的速度越大.(1)由此我們猜測,彈簧的彈性勢能可能與哪些因素有關?答案答案
與勁度系數(shù)和形變量有關圖1一、探究彈性勢能的表達式導學探究1.如圖1所示,在光滑水平面(2)我們在研究重力勢能的時候,是從分析重力做功入手的,由此你得到什么啟發(fā)?答案答案
可以通過探究彈力做功來研究彈性勢能.(2)我們在研究重力勢能的時候,是從分析重力做功入手的,由此2.如圖2所示,彈簧處于原長時,其右端位于A點.現(xiàn)將彈簧由A點緩慢拉到B點,使其伸長Δl(仍處于彈性限度內):(1)在從A拉到B的過程中彈簧的彈性勢能如何變化?彈性勢能與拉力做的功有什么關系?答案答案
彈簧的彈性勢能變大.拉力做的功越多,彈簧儲存的彈性勢能越大且拉力做的功等于彈簧的彈性勢能.圖22.如圖2所示,彈簧處于原長時,其右端位于A點.現(xiàn)答案答案(2)拉力F是恒力嗎?怎樣計算拉力的功?答案答案
拉力F不是恒力,故不能用W=FΔl計算拉力的功.若將從A到B的過程分成很多小段Δl1、Δl2、Δl3…,在各個小段上拉力可近似認為是不變的.各小段上拉力做的功分別是F1Δl1、F2Δl2、F3Δl3…,拉力在整個過程中做的功W=F1Δl1+F2Δl2+F3Δl3+….(2)拉力F是恒力嗎?怎樣計算拉力的功?答案答案拉力(3)作出F-Δl圖象并類比v-t圖象中面積的含義,思考F-Δl圖象中“面積”有何物理意義?當Δl=x時,其表達式是怎樣的?答案(3)作出F-Δl圖象并類比v-t圖象中面積的含義,思考F-1.探究思路及方法(1)猜想:彈性勢能與彈簧的勁度系數(shù)和形變量有關.(2)探究思路:彈性勢能的變化量與彈力做功相等.2.彈性勢能的推導根據(jù)胡克定律F=kx,作出彈力F與彈簧伸長量x關系的F-x圖線,根據(jù)W=Fx知,圖線與橫軸所圍的面積應等于F所做的功,知識深化1.探究思路及方法知識深化3.對彈性勢能的理解(1)產(chǎn)生原因:物體發(fā)生了形變,而且物體各部分間有彈力的作用.(2)大小的影響因素:彈簧的勁度系數(shù)和形變量.3.對彈性勢能的理解例1
關于彈性勢能,下列說法中正確的是A.只有彈簧發(fā)生彈性形變時才具有彈性勢能,其他物體發(fā)生彈性形變時
是不會有彈性勢能的B.彈簧伸長時有彈性勢能,壓縮時沒有彈性勢能C.在彈性限度范圍內,同一個彈簧形變量越大,彈性勢能就越大D.火車車廂底下的彈簧比自行車車座底下的彈簧硬,則將它們壓縮相同
的長度時,火車車廂底下的彈簧具有的彈性勢能小答案√解析例1關于彈性勢能,下列說法中正確的是答案√解析解析所有發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能,A錯;彈簧伸長和壓縮時都具有彈性勢能,B錯;根據(jù)彈性勢能的表達式
知C對;火車車廂底下的彈簧比自行車車座底下的彈簧勁度系數(shù)大,所以壓縮相同長度時火車車廂底下的彈簧具有的彈性勢能大,D錯.解析所有發(fā)生彈性形變的物體都具有彈性勢能,A錯;1.彈性勢能的系統(tǒng)性:彈性勢能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質點因相對位置改變而具有的能量,因此彈性勢能具有系統(tǒng)性.2.彈性勢能的相對性:彈性勢能的大小與選定的零勢能位置有關,對于彈簧,一般規(guī)定彈簧處于原長時的彈性勢能為零.注意:對于同一個彈簧,伸長和壓縮相同的長度時,彈簧的彈性勢能是相同的.總結提升1.彈性勢能的系統(tǒng)性:彈性勢能是發(fā)生彈性形變的物體上所有質點解析
如果彈簧原來處在壓縮狀態(tài),當它變長時,它的彈性勢能應該減小,當它變短時,它的彈性勢能應該增大,在原長處它的彈性勢能最小,A、B錯;由于彈簧處于自然長度時的彈性勢能最小,若選彈簧自然長度時的彈性勢能為0,則其他長度時的彈性勢能均為正值,C對,D錯.針對訓練1
關于彈簧的彈性勢能,下列說法中正確的是A.當彈簧變長時,它的彈性勢能一定增大B.當彈簧變短時,它的彈性勢能一定減小C.若選彈簧自然長度時的彈性勢能為0,則其他長度的彈性勢能均為正值D.若選彈簧自然長度時的彈性勢能為0,則伸長時彈性勢能為正值,壓縮
時彈性勢能為負值答案√解析解析如果彈簧原來處在壓縮狀態(tài),當它變長時,它的彈性勢能應該二、彈力做功與彈性勢能變化的關系導學探究如圖3所示,物體與彈簧相連,物體在O點時彈簧處于原長,把物體向右拉到A處靜止釋放,物體會由A向A′運動,則:(1)物體由A向O運動的過程中,彈力做什么功?彈性勢能如何變化?答案答案
正功減少圖3(2)物體由O向A′運動的過程中,彈力做什么功?彈性勢能如何變化?答案
負功增加二、彈力做功與彈性勢能變化的關系導學探究如圖3所示,物體與彈1.彈力做功與彈性勢能變化的關系(1)關系:彈力做正功時,彈性勢能減少,彈力做負功時,彈性勢能增加,并且彈力做多少功,彈性勢能就變化多少.(2)表達式:W彈=-ΔEp=Ep1-Ep2.2.使用范圍:在彈簧的彈性限度內.注意:彈力做功和重力做功一樣,也和路徑無關,彈性勢能的變化只與彈力做功有關.知識深化1.彈力做功與彈性勢能變化的關系知識深化答案例2
如圖4所示,處于自然長度的輕質彈簧一端與墻接觸,另一端與置于光滑地面上的物體接觸,現(xiàn)在物體上施加一水平推力F,使物體緩慢壓縮彈簧,當推力F做功100J時,彈簧的彈力做功______J,以彈簧處于自然長度時的彈性勢能為零,則彈簧的彈性勢能為____J.-100100解析圖4解析在物體緩慢壓縮彈簧的過程中,推力F始終與彈簧彈力等大反向,所以推力F做的功等于克服彈簧彈力所做的功,即W彈=-WF=-100J.由彈力做功與彈性勢能的變化關系知,彈性勢能增加了100J.答案例2如圖4所示,處于自然長度的輕質彈簧一端與-1001針對訓練2如圖5所示,輕彈簧下端系一重物,O點為其平衡位置(即重力和彈簧彈力大小相等的位置),今用手向下拉重物,第一次把它直接拉到A點,彈力做功為W1,第二次把它拉到B點后再讓其回到A點,彈力做功為W2,則這兩次彈力做功的關系為A.W1<W2
B.W1=2W2C.W2=2W1
D.W1=W2解析解析
彈力做功與路徑無關,只與初、末位置有關,兩次初、末位置相同,故W1=W2,D正確.圖5答案√針對訓練2如圖5所示,輕彈簧下端系一重物,O點為其平衡位三、利用F-x圖象求解變力做功的問題例3彈簧原長l0=15cm,受拉力作用后彈簧逐漸伸長(仍在彈性限度內),當彈簧伸長到長度為l1=20cm時,作用在彈簧上的力為400N,問:(1)彈簧的勁度系數(shù)k為多少?答案答案
8000N/m解析三、利用F-x圖象求解變力做功的問題例3彈簧原長l0=15答案(2)在該過程中彈力做了多少功?答案
-10J解析解析
由于F=kx,作出F-x圖象如圖所示,求出圖中陰影部分的面積,即為彈力做功的絕對值,由于在伸長過程中彈力F的方向與位移x的方向相反,故彈力F在此過程中做負功,答案(2)在該過程中彈力做了多少功?答案-10J解析解析當力F與位移x成線性關系時,求該力做功的方法1.圖象法:F-x圖象與x坐標軸圍成的面積,即為F在這段位移x上所做的功.2.平均值法:求出某段位移x上力的平均值
得出力F在這段位移x上所做的功.方法點
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