第五章 · 第一节
功的定义 · 功的公式 · 做功的必要因素 · 不做功的情况

📖 知识点学习

🎯 学习目标

  • 理解功的概念,知道做功的两个必要因素
  • 掌握功的公式 W=Fs 及单位焦耳(J)
  • 能判断力是否做功,区分三种不做功的情况
  • 能运用功的公式进行简单计算
知识点一:功的定义
📐 功的概念
如果一个力作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段距离,这个力就对物体做了功。
力学中的功等于力与力的方向上移动距离的乘积
知识点二:功的公式与单位
W = F · s
W:功   F:力(N)   s:力的方向上的距离(m)
⚖️ 功的单位
功的国际单位是焦耳(J),简称焦。
1J = 1N·m,即 1N 的力使物体在力的方向上移动 1m 所做的功。
知识点三:做功的两个必要因素
🔑 两个必要因素
做功的两个必要因素:
① 作用在物体上的力(F)
② 物体在力的方向上移动的距离(s)
两者缺一不可,必须同时满足才能说力做了功。
知识点四:三种不做功的情况
⚠️ 不做功的三种情况
  • 有力无距离("劳而无功"):用力推墙,墙没动 —— 有力 F,但 s=0,W=0
  • 有距离无力("不劳无功"):物体在光滑水平面上靠惯性滑行 —— 水平方向无力,s≠0 但 F=0
  • 力与距离垂直("垂直无功"):提着水桶水平行走 —— 提力向上,距离水平,力与距离垂直,不做功

🎬 动画讲解

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🧪 互动实验:功的计算模拟

💡 拖动滑块改变力 F 和距离 s,观察功的变化
⚙️ 实验参数
力 F 10 N
距离 s 5 m
功 W = F·s 50 J
📋 实验结论
功 W = F × s。力越大、距离越大,做的功越多。当距离为零时(s=0),无论力多大,功都为零——这说明做功必须有力且有力方向上的距离。

📝 例题精讲

💡 提示:点击「下一步」按钮,逐步查看详细解题过程
例题 1 功的基本计算
用 20N 的水平推力推一个箱子,箱子在水平方向上移动了 5m。求推力对箱子做了多少功?
🔍 解题过程
1 分析:推力 F 沿水平方向,箱子也在水平方向移动,力的方向与移动方向一致,推力做功。
2 代入公式:已知 F = 20N,s = 5m
W = F·s = 20N × 5m = 100 J
3 检验:单位 N·m = J,结果合理。
✅ 推力对箱子做功 100J
例题 2 判断是否做功
某同学提着质量为 5kg 的书包,在水平路面上匀速行走了 10m,然后又背着书包爬上 3m 高的楼梯。求整个过程中该同学对书包做的功。(g取10N/kg)
🔍 解题过程
1 分析水平行走:提书包的力竖直向上,行走距离水平。力与距离垂直,水平行走不做功。W₁ = 0
2 计算爬楼:爬楼梯时,书包在竖直方向上升了 h = 3m。提力竖直向上,距离也竖直向上。
书包重力 G = mg = 5kg × 10N/kg = 50N
提力 F = G = 50N(匀速)
W₂ = F·h = 50N × 3m = 150 J
3 总功:W = W₁ + W₂ = 0J + 150J = 150 J
✅ 整个过程中对书包做功 150J(水平行走不做功,只有爬楼做功)
例题 3 不做功的情况分析
下列情况中,力对物体做功的是?并分析原因。 ① 用力推静止的墙,墙没动 ② 踢出去的足球在草地上滚动 ③ 举重运动员举着杠铃不动3秒 ④ 起重机将货物竖直提升2m
🔍 解题过程
1 ① 推墙不动:有力 F,但距离 s=0,不做功(有力无距离)
2 ②③ 分析:
② 足球滚动靠惯性,脚不再施加力,不做功(有距离无力)
③ 举着不动,有力但 s=0,不做功(有力无距离)
3 ④ 起重机提升:起重机拉力向上,货物向上移动 2m,力和距离同向,做功
W = F·s = G·h(拉力等于重力时)= 做功 ✓
✅ 只有 ④ 做了功。判断做功的关键:力和力方向上的距离同时存在。

🚀 拓展提升

🔬 功是标量

功只有大小,没有方向,是标量。但功有正负之分:

  • 正功:力与位移方向相同(或夹角小于90°),力对物体做正功
  • 不做功:力与位移方向垂直(夹角等于90°),力不做功
  • 负功:力与位移方向相反(夹角大于90°),力做负功(高中学习)

📐 功的另一种表达式

当力的方向与运动方向成角度时(高中拓展):

W = F·s·cosθ

其中 θ 为力与位移之间的夹角。初中阶段只研究力与运动方向相同或垂直的情况。

💡 生活中的做功

  • 做功的例子:人推车前进、起重机吊起重物、射箭时弓弦对箭做功
  • 不做功的例子:人提水桶水平行走、推墙墙不动、冰壶在冰面上靠惯性滑行
  • 易错点:提着重物水平走,虽然用了力也移动了距离,但力与距离垂直,不做功!

✏️ 练习巩固

💡 提示:每道题作答后会立即显示解析,请认真思考后再作答
第 1 题 ★☆☆ 基础
关于功的概念,下列说法正确的是?
A只要有力作用在物体上,力就一定做功
B力对物体做功的条件是物体在力的方向上移动了距离
C力越大做的功一定越多
D物体移动的距离越大做的功一定越多
第 2 题 ★☆☆ 基础
功的国际单位是?
A牛顿(N)
B米/秒(m/s)
C焦耳(J)
D帕斯卡(Pa)
第 3 题 ★★☆ 巩固
用 50N 的力将物体举高 2m,则该力对物体做的功是 ______ J。
第 4 题 ★★☆ 巩固
下列情况中,力对物体做了功的是?
A提着水桶在水平路面上行走
B用力推墙,墙没有动
C起重机将重物竖直向上提升3m
D举重运动员举着杠铃静止不动
第 5 题 ★★★ 拓展
一个人用 100N 的水平力将质量为 20kg 的箱子在水平地面上匀速推行了 5m,然后将其从地面竖直举高 1.5m 放到桌上。整个过程中人对箱子做的功是 ______ J。(g取10N/kg)
第 6 题★☆☆ 基础
关于 1 焦耳(1J)的物理意义,下列说法正确的是?
A1N 的力作用在物体上就做了 1J 的功
B物体移动 1m 距离时做的功为 1J
C1N 的力使物体在力的方向上移动 1m 所做的功
D1kg 物体移动 1m 所做的功为 1J

🧠 知识点问答

老师来考考你!下面的问题都来自本节课的知识点,看看你掌握了多少。每次点击"再考一次"题目顺序都会随机打乱哦!
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课程完成!

恭喜你完成了「功」的学习!

📌 本节核心要点回顾:
① 功等于力与力方向上移动距离的乘积:W = Fs
② 功的单位是焦耳(J),1J = 1N·m
③ 做功的两个必要因素:力和力方向上的距离
④ 三种不做功:有力无距离、有距离无力、力与距离垂直