這樣來(lái)理解功

■李善恒 張紅曉

一、功的兩個(gè)必要因素：力和物體在力的方向上的位移

例1小明用100N 的力猛踢一個(gè)靜止在水平草地上的重為6N 的足球，球離腳后在草地上前進(jìn)了25m，則人對(duì)足球做的功是( )。

A.0J B.150J

C.2500J D.條件不足，無(wú)法判斷

解：小明的腳對(duì)足球的力為100N，因?yàn)椴恢肆Φ奈灰疲詿o(wú)法判斷，選D。

二、用公式計(jì)算功的三種方法

1.確定力的大小、方向，確定位移的大小、方向，確定力、位移的夾角：W=F·L·cosα。

2.將力沿位移的方向分解：W=(F·cosα)L。

3.將位移沿力的方向分解：W=F(L·cosα)。

三、功的相對(duì)性

1.因?yàn)閰⒖枷颠x取的不同，物體的位移不同，那么同一過(guò)程中計(jì)算的功也會(huì)不同。為了避免這種“不確定性”，在高中階段一般以地面為參考系。

2.因?yàn)楦咧须A段研究的物體一般看成質(zhì)點(diǎn)，所以物體的位移與力的作用點(diǎn)的位移是相同的。

圖1

例2如圖1 所示，質(zhì)量m=5kg 的物體，在豎直方向上并通過(guò)輕質(zhì)動(dòng)滑輪的輕質(zhì)光滑細(xì)繩的拉力F作用的下勻速提升4m，則拉力F對(duì)物體做了多少功? (取g=10m/s2)

分析：以物體為研究對(duì)象，根據(jù)平衡條件得2F=mg，所以。

方法一：物體上升4m，力F的作用點(diǎn)上升8m，則力F做的功W=F·l=25×8J=200J。

方法二：以物體為研究對(duì)象，物體受豎直向下的重力和豎直向上的拉力，其中拉力T=mg。以動(dòng)滑輪為研究對(duì)象，受豎直向上兩根繩的作用和向下一根繩的作用，則2F=T，所以力F對(duì)物體做的功等于力T對(duì)物體做的功W=T·h=mgh=50×4J=200J。

四、功的獨(dú)立性

計(jì)算功時(shí)，要確定是哪個(gè)力的功，力對(duì)哪個(gè)物體做功，力在哪個(gè)過(guò)程中做的功。力做功的多少與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)，與物體所受其他力無(wú)關(guān)。

例3物體放在水平地面上并受到水平恒力F的作用，當(dāng)它由靜止開(kāi)始前進(jìn)距離l時(shí)( )。

A.有摩擦力時(shí)F做功多

B.無(wú)摩擦力時(shí)F做功多

C.支持力不做功

D.無(wú)論有無(wú)摩擦力F做功相同

解：因?yàn)闊o(wú)論有無(wú)摩擦力，力F的大小未變，位移l的大小未變，所以力F做功相同；支持力的方向與位移的方向夾角為90°，不做功。選項(xiàng)C、D 正確。

五、功的正負(fù)

1.功正負(fù)值的由來(lái)和作用。功是標(biāo)量，但是它有正負(fù)。它的正負(fù)值是怎么來(lái)的呢?根據(jù)功的計(jì)算公式W=Flcosα可知，當(dāng)0°≤α＜90°時(shí)，力F做的功W＞0；當(dāng)90°＜α≤180°時(shí)，力F做的功W＞0。力做正功時(shí)，F(xiàn)為動(dòng)力；力做負(fù)功時(shí)，F(xiàn)為阻力。

2.功的大小比較。既然功為標(biāo)量，那么比較兩力做功大小時(shí)要比較功的絕對(duì)值。比如力F1做功-5J，力F2做功-10J，這兩個(gè)力誰(shuí)做功多? 從數(shù)值上比較-5J＞-10J。但是物體做負(fù)功，我們常常說(shuō)成這個(gè)物體克服這個(gè)力做了多少正功。那么上面兩個(gè)力的做功情況是：物體克服力F1做了5J的功，物體克服力F2做了10J的功，即物體克服力F2做的功大于克服力F1做的功。