【功】

是描述物体状态改变过程的物理量,能量变化的量度。功的概念来源于日常生活中的“工作”一词。在物理学中,它有特殊的涵意。当物体在恒力 F 的作用下,力的作用点的位移是 S 时,这个功就等于力跟距离的乘积。对初中学生来说,只要明确“在力的作用下,物体沿力的方向通过了一段距离,那么这个力就对物体做了功”这是指物体在恒力作用下,沿力的方向作单向直线运动的情况,所以对功的计算可用公式 W=FS。当物体在恒力作用下,作非单向直线运动,如竖直上抛运动、平抛运动、斜抛运动等等,物体受力方向和运动方向不一定是一致时。对功的理解应加深为“力对物体所做的功,等于力的大小、力的作用点的位移大小,力和位移间夹角的余弦三者之乘积”即 W=FScosα。式中 W 表示外力 F 对物体所做的功, S 表示物体移动的路程,α表示 F 与 S 之间的夹角。根据公式研究力对物体做功的一些情况:

  1. 当α=0°时,W=FS,力对物体做正功;

  2. 当 0°<α<90°时,1>cosα>0,则力 F 的有效分力

    Fcosα和物体的运动方向一致,力 F 对物体做正功;

  3. 当α=90°时,cosα=0,则 W=0,此时力 F 对物体不做功;

4.当 180°>α>90°时,-1<cosα<0,则 W<0,即 W 为负值。在这种情况下 F 对物体做负功,也可说成物体克服阻力 F 做功;

5.当α=180°时,则 W=-FS,这时力 F 对物体做负功,或者说成物体克服阻力 F 做功。

必须注意:在研究有关“功”的问题时,应分清有没有做功,谁在做功。功是一个只有大小而没有方向的物理量,它是标量而不是矢量。至于正功和负功,不过是区别外力对物体做功还是物体克服阻力做功,或用来表示力与路程同向还是反向,并不是功有方向性。

功是力对空间的累积效应。力对物体做功,使物体发生位置或运动状态的改变,因而也就发生了机械能的改变。功即是反映在这一过程中,物体机械能改变多少的物理量。在力学中功的狭义概念仅指机械能转换的量度;而在物理学中功的广义概念指除热传递外的一切能量转换的量度。所以功也可定义为能量转换的量度。一个系统总能量的变化,常以系统对外做功的多少来量度。能量可以是机械能、电能、热能、化学能等各种形式, 也可以多种形式的能量同时发生转化。功的单位和能量单位一样,在国际单位制中,都是焦耳。

计算变力做功是把运动的轨迹分成许许多多无限小的小段,在每个小段内,可以把力看作为恒力,按恒力做功的定义来计算在各个小段内所做的功,最后把各个小段的功加起来,就是变力做的功,即 A=∑Fi·△Si,

如果力和位移都是连续的,则可用积分法计算,A = s2 F·dS。

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