功的正值、负值与正功、负功
功的正负和计算
功的计算和判断台前县第一高级中学刘庆真1．恒力做功对恒力作用下物体的运动，力对物体做的功用W＝Fl cos α求解．该公式可写成W＝F·(l·cos α)＝(F·cos α)·l，即功等于力与力方向上位移的乘积或功等于位移与位移方向上力的乘积．2．变力做功(1)用动能定理W＝ΔE k或功能关系W＝ΔE，即用能量的增量等效代换变力所做的功．(也可计算恒力做功)(2)当变力的功率P一定时，可用W＝Pt求功，如机车以恒定功率启动时(3)将变力做功转化为恒力做功当力的大小不变，而方向始终与运动方向相同或相反时，这类力的功等于力和路程(不是位移)的乘积．如滑动摩擦力做功、空气阻力做功等．3．总功的求法(1)总功等于合外力的功先求出物体所受各力的合力F合，再根据W总＝F合l cos α计算总功，但应注意α应是合力与位移l的夹角．(2)总功等于各力做功的代数和分别求出每一个力做的功：W1＝F1l1cos α1，W2＝F2l2cos α2，W3＝F3l3cos α3，……再对各个外力的功求代数和，即：W总＝W1＋W2＋W3＋…功的判断１.判断下列三种情况下各力做功的正负情况：(1)如图甲所示，光滑水平面上有一光滑斜面b，a由斜面顶端静止滑下，b对a的支持力F N对a物体做功．(2)人造地球卫星在椭圆轨道上运行，由图乙中的a点运动到b点的过程中，万有引力做功．(3)车M静止在光滑水平轨道上，球m用细线悬挂在车上，由图丙中的位置无初速地释放，在球下摆过程中绳的拉力做功．思维点拨：根据公式W＝Fl cos α中α与90°的关系，以及能量的转化关系可判断功的正负．解：(1)做负功．因为支持力F N与位移l之间的夹角大于90°.(2)做负功．因为万有引力的方向和速度的方向的夹角大于90°.(3)对车做正功，对球做负功．因为绳的拉力使车的动能增加了，又因为M 和m构成的系统的机械能是守恒的，M的机械能增加必意味着m的机械能减少，所以绳的拉力一定对球m做负功．甲图中的b物体和丙图中的M物体都是运动的，因此甲图中的a物体和丙图中的m物体受力方向和对地的速度方向并不垂直，切勿混淆模型．功的判断２.一人乘电梯从1楼到20楼，在此过程中经历了先加速，后匀速，再减速的运动过程，则电梯支持力对人做功情况是() A．加速时做正功，匀速时不做功，减速时做负功B．加速时做正功，匀速和减速时做负功C．加速和匀速时做正功，减速时做负功D．始终做正功解析：选D.力对物体做功的表达式为W＝Fl cos θ，0°≤θ＜90°时，F 做正功，θ＝90°，F不做功，90°＜θ≤180°时，F做负功，支持力始终竖直向上，与位移同向，θ＝0°，故支持力始终做正功，D正确功的判断３．如图所示，物体在水平拉力F的作用下，沿粗糙的水平地面向右运动()A．如果物体做加速直线运动，F一定对物体做正功B．如果物体做加速直线运动，F有可能对物体做负功C．如果物体做减速直线运动，F一定对物体做负功D．如果物体做匀速直线运动，F一定不对物体做功解析：选A.如果物体做加速直线运动，F的方向一定与运动方向一致，做正功，A正确，B错误；如果物体做减速直线运动，当F的方向与运动方向一致时，F做正功，当F的方向与运动方向相反时，F做负功，C错误；当物体做匀速直线运动时，F的方向与运动方向相同，做正功，D错误．功的判断4．如图5－1－11所示，人造地球卫星在椭圆形轨道上运动，由a点运动到b点的过程中，关于万有引力做功的情况，正确的说法是() A．不做功B．做正功C．做负功D．不能判定图5－1－11解析：卫星从a点到b点，其速度的方向与万有引力的方向的夹角大于90°功的判断５．(2011·安徽师大附中模拟)关于摩擦力做功，下列叙述正确的是()A．摩擦力做功的多少只与初位置和末位置有关，与运动路径无关B．滑动摩擦力总是做负功，不可以不做功C．静摩擦力一定不做功D．静摩擦力和滑动摩擦力都既可做正功，也可做负功答案：D功的判断６．(2011·长沙市一中月考)自动扶梯与水平地面间成θ角，一人站在扶梯上，扶梯从静止开始匀加速上升，达到一定速度后再匀速上升．若以F N表示水平梯板对人的支持力，G表示人所受的重力，F f表示梯板对人的静摩擦力，则()图5－1－12A．匀速过程中，F f＝0，F N、G都不做功B．加速过程中，F f＝0，F N、G都做功C．加速过程中，F f≠0，F f、F N、G都做功D．加速过程中，F f≠0，F N不做功解析：扶梯匀速运动过程中，人受重力G和支持力F N，不受摩擦力作用，且F N和G均做功且F N做正功，G做负功，扶梯加速运动过程中受重力G、支持力F N和摩擦力F f作用，三力均做功，故正确选项为C.功的判断７．如图5－1－13所示，在皮带传送装置中，皮带把物体P 匀速带至高处，在此过程中，下述说法正确的是()图5－1－13A．摩擦力对P做正功B．P物体克服摩擦力做功C．摩擦力对皮带不做功 D．合力对P做正功解析：因物体P受到的静摩擦力沿斜面向上，所以对P做正功，物体做匀速运动，合力对P做的功为零，故B、C、D均错．答案：A 功的判断８．某物体同时受到三个力作用而做匀减速直线运动，其中F1与加速度a的方向相同，F2与速度v的方向相同，F3与速度v的方向相反，则()A．F1对物体做正功B．F2对物体做正功C．F3对物体做负功D．合外力对物体做负功解析：因物体做匀减速运动，a的方向与v的方向相反，故F1对物体做负功，A错；F2与速度v方向相同做正功，B正确；F3与v方向相反做负功，C正确；合外力的方向与运动方向相反做负功，D正确．答案：BCD 功的判断９如图5－1－6所示，小物体A位于光滑的斜面上，斜面位于光滑的水平面上，从地面上看，小物块沿斜面下滑的过程中，斜面对小物块的作用力()A．垂直于接触面，做功为零B．垂直于接触面，做功不为零C．不垂直于接触面，做功为零D．不垂直于接触面，做功不为零解析：因斜面放在光滑的水平面上，当A下滑时，斜面在A的压力下将向右加速运动，A的运动是A相对斜面的下滑和随斜面向右运动的合运动，如图5－7所示，斜面对小物块的弹力方向垂直于接触面，弹力F与小物块的对地位移的夹角大于90°，所以斜面对小物块的作用力做负功，正确选项为B.答案：B功的判断１０.在加速运动的车厢中，一个人用力向前推车厢，如图5－1－8所示，人相对车厢未移动，则下列说法正确的是()A．人对车不做功B．人对车做负功C．推力对车做正功D．人对车做正功解析：(1)对人，如图5－1－9(a)所示，车厢对人的作用力有：车厢对人的弹力F1，车厢底对人的支持力F N1，车厢底对人的静摩擦力F2，设车厢的位移为s，则车厢对人做的功W1为：W1＝F2s－F1s，由于人和车都在做加速运动，故有F2－F1＝ma, 因而F2＞F1，故W1＞0.(2)对车厢如图5－1－9(b)所示，人对车厢的作用力有：推力F3，对底板的压力F N2，人对车的摩擦力F4，则人对车厢做功W2为：W2＝F3s－F4s. 由于F3＝F1，F4＝F2，所以F3＜F4，故有W2＜0.由以上分析可知：人对车做负功，推力对车做正功，车对人做正功．答案：BC功的判断１１.(2010·广州二测)如图所示,质量为m的木块放在倾角为α的斜面上与斜面一起水平向左匀速运动,木块( )A.对斜面的压力大小为mgcosαB.所受的支持力对木块不做功C.所受的摩擦力对木块做负功D.所受的摩擦力方向可能沿斜面向下答案:AC解析:木块受力平衡,受力情况如图所示.木块水平向左运动,则支持力FN对木块做正功,摩擦力Ff对木块做负功,重力mg不做功,木块对斜面的压力FN′=FN=mgcosα,综上所述,可知选项A､C对,B､D错.功的计算功的计算 1.如图所示，绳的一端固定在天花板上，通过一动滑轮将质量m ＝10 kg 的物体由静止开始以2 m/s 2的加速度提升3 s ．求绳的另一端拉力F 在这3 s 内所做的功．(g 取10 m/s 2，滑轮和绳的质量及摩擦均不计)思维点拨：解答本题时可按以下思路分析：求出绳子上的拉力―→求出力的作用点的位移―→计算拉力所做的功规范解答：物体受到两个力的作用：拉力F ′和mg .由牛顿第二定律得：F ′－mg ＝ma 解得：F ′＝120 N 则力F ＝12F ′＝60 N 物体从静止开始匀加速上升，3 s 内的位移为：l ＝12at 2＝9 m力F 的作用点的位移为2l ＝18 m所以力F 做的功为：W ＝F ·2l ＝1 080 J.应用功的公式W ＝Fl cos α计算力对物体所做的功，必须搞清楚式中各物理量的含义：l 是力F 的作用点的位移，且力的作用点的位移跟物体的位移在很多问题中往往不同，故必须找出力的作用点的位移．功的计算2．如图所示，质量为m 的物体静止在倾角为θ的斜面上，物体与斜面的动摩擦因数为μ，现使斜面沿水平方向向左匀速移动距离为L .求：(1)摩擦力对物体所做的功；(2)斜面弹力对物体所做的功；(3)重力对物体所做的功．解：物体受力情况如图所示，由于物体相对斜面静止，且斜面又向左匀速运动距离L ，这些力均是恒力，故可用W ＝Fl cos θ计算各力的功．由于物体做匀速运动，据平衡条件有：F 1＝mg cos θ，F 2＝mg sin θ.由W ＝Fl cos θ得：(1)W 1＝F 2L cos (180°－θ)＝－mgL sin θcos θ.(2)W 2＝F 1L cos (90°－θ)＝mgL sin θcos θ.(3)W 3＝mgL cos 90°＝0.功的计算3.(2011年广东六校联考)如图所示，滑雪者由静止开始沿斜坡从A 点自由滑下，然后在水平面上前进至B 点停下．已知斜坡、水平面与滑雪板之间的动摩擦因数都为μ，滑雪者(包括滑雪板)的质量为m .A 、B 两点间的水平距离为L .在滑雪者经过AB 段运动的过程中，克服摩擦力做的功A ．大于μmgLB ．等于μmgLC ．小于μmgLD ．以上三种情况都有可能解析：选B.设斜面的倾角为θ，则对滑雪者从A 到B 的运动过程中摩擦力做的功为：W f ＝μmg AC cos θ＋μmg CB ①，由图可知AC cos θ＋CB ＝L ②，由①②两式联立可得：W f ＝μmgL ，故B 正确．功的计算4.(2011年宝鸡质检)如图所示，长为L 的木板水平放置，在木板的A 端放置一个质量为m 的小物体，现缓慢抬高A 端，使木板以左端为轴在竖直面内转动，当木板转到与水平面成α角时小物体开始滑动，此时停止转动木板，小物体滑到木板底端时的速度为v ，则在整个过程中( )A ．支持力对小物体做功为0B ．摩擦力对小物体做功为mgL sin αC ．摩擦力对小物体做功为12m v 2－mgL sin αD ．木板对小物体做功为12m v 2 解析：选CD.木板由水平转到与水平面成α角的过程中，木板对物体的支持力做正功，重力做负功，两者相等，即W G ＝W N ＝mgL sin α，所以A 错误；物体从开始下滑到底端的过程中，支持力不做功，重力做正功，摩擦力做负功，由动能定理得W G ＋W f ＝12m v 2－0，即W f ＝12m v 2－mgL sin α，故C 正确，B 错误；对全过程运用能量观点，重力做功为0，无论支持力还是摩擦力，施力物体都是木板，所以木板做功为12m v 2，D 正确．功的计算5．分别对放在粗糙水平面上的同一物体施一水平拉力和一斜向上的拉力使物体在这两种情况下的加速度相同，当物体通过相同位移时，这两种情况下拉力的功和合力的功的正确关系是( )A ．拉力的功和合力的功分别相等B ．拉力的功相等，斜向拉时合力的功大C ．合力的功相等，斜向拉时拉力的功大D ．合力的功相等，斜向拉时拉力的功小解析：选D.两种情况下加速度相等，合力相等，位移相等，所以合力的功相等，第一种情况拉力的功W 1＝F 1x ，第二种情况下拉力的功W 2＝F 2x cos θ，由受力分析F 1－Ff 1＝ma ，F 2cos θ－Ff 2＝ma ，Ff 1＞Ff 2，则F 1＞F 2cos θ，即W 1＞W 2，即斜向拉时拉力的功小．功的计算6．如图所示，在光滑的水平地面上有质量为M 的长木板A ，平板上放一质量为m 的物体B ，A 、B 之间动摩擦因数为μ.今在物体B 上加一水平恒力F ，使B 和A 发生相对滑动，经过时间t ，B 在A 上滑动了一段距离但并未脱离A .求(1)摩擦力对A 所做的功；(2)摩擦力对B 所做的功；(3)若长木板A 固定，B 对A 的摩擦力对A 做的功．解：(1)木板A 在滑动摩擦力的作用下，向右做匀加速直线运动，经过时间t ，A 的位移为 s A ＝12a A t 2＝12·F f M t 2＝μmgt 22M因为摩擦力F f 的方向和位移s A 相同，即对A 做正功，其大小为 W f ＝F f s A ＝(μmgt )22M .(2)物体B 在水平恒力F 和摩擦力的合力作用下向右做匀加速直线运动，B 的位移为s B ＝12a B t 2＝12·F －F f ′M t 2.摩擦力F f ′方向和位移s B 方向相反，所以F f ′对B 做负功，W f ′＝F f ′s B ＝－μmgs B ，即W f ′＝(μmgt )2－μmgFt 22M . (3)若长木板A 固定，则A 的位移s A ′＝0，所以摩擦力对A 做功为0，即对A 不做功．功的计算7．(2010年新课标全国卷)如图所示，在外力作用下某质点运动的v －t 图像为正弦曲线．从图中可以判断( )A ．在0～t 1时间内，外力做正功B ．在0～t 1时间内，外力的功率逐渐增大C ．在t 2时刻，外力的功率最大D ．在t 1～t 3时间内，外力做的总功为零解析：选AD.由速度图象可知，在0～t 1时间内，由于物体的速度增大，根据动能定理可知，外力对物体做正功，A正确；在0～t1时间内，因为物体的加速度减小，故所受的外力减小，由图可知t1时刻外力为零，故功率为零，因此外力的功率不是逐渐增大，B错误；在t2时刻，由于物体的速度为零，故此时外力的功率最小，且为零，C错误；在t1～t3时间内，因为物体的动能不变，故外力做的总功为零，D正确．８．如图所示，三个固定的斜面底边长度都相等，斜面倾角分别为30°、45°、60°，斜面的表面情况都一样．完全相同的物体(可视为质点)A、B、C 分别从三斜面的顶部滑到底部的过程中()A．物体A克服摩擦力做的功最多B．物体B克服摩擦力做的功最多C．物体C克服摩擦力做的功最多D．三个物体克服摩擦力做的功一样多解析：选D.因为三个固定斜面的表面情况一样，A、B、C又是完全相同的三个物体，因此A、B、C与斜面之间的动摩擦因数相同，可设为μ，由功的定义：W f＝－F f l＝－μmgL cos θ＝－μmgd，三个固定斜面底边长度d 都相等，所以摩擦力对三个物体做的功相等，都为－μmgd，因此D正确．９．以一定的初速度竖直向上抛出一个小球，小球上升的最大高度为h，空气阻力的大小恒为F f，则从抛出点至落回到原出发点的过程中，空气阻力对小球做的功为()A．0 B．－F f hC．－2F f h D．－4F f h解析：小球在上升过程和下降过程中空气阻力都做负功，所以全过程中空气阻力对小球做功为：W阻＝W阻上＋W阻下＝－F f h＋(－F f h)＝－2F f h.答案：C１０．物体沿直线运动的v－t关系如图5－2所示，已知在第1 s内合外力对物体做的功为W，则()图5－2A ．从第1 s 末到第3 s 末合外力做功为4WB ．从第3 s 末到第5 s 末合外力做功为－2WC ．从第5 s 末到第7 s 末合外力做功为WD ．从第3 s 末到第4 s 末合外力做功为－0.75W解析：由题图知，第1 s 末速度、第3 s 末速度、第7 s 速度大小关系：v 1＝v 3＝v 7，由题知W ＝12m v 12－0，则由动能定理知第1 s 末到第3 s 末合外力做功W 2＝12m v 32－12m v 12＝0，故A 错．第3 s 末到第5 s 末合外力做功W 3＝0－12m v 32＝－W ，故B 错．第5 s 末到第7 s 末合外力做功W 4＝12m v 72－0＝W ，故C 正确．第3 s 末到第4 s 末合外力做功W 5＝12m v 42－12m v 32；因v 4＝12v 3，所以W 5＝－0.75W ，故D 正确．答案：CD１１.竖直上抛一球,球又落回原处,已知空气阻力的大小正比于球的速度,则( )A.上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力所做的功B.上升过程中克服重力做功等于下降过程中重力所做的功C.上升过程中克服重力做功的平均功率大于下降过程中重力做功的平均功率D.上升过程中克服重力做功的平均功率等于下降过程中重力做功的平均功率解析:小球上升和下降时位移大小(h)相等,上升阶段小球克服重力做功和下降阶段重力做功均为mgh,显然B 对,A 错.上升过程小球受到的合外力为mg+F f ,下降过程受到的合外力为mg-f,故上升加速度(a 上)大于下降加速度(a 下),在位移大小相等的情况下,上升时间(t 上)比下降时间(t 下)小,根据功率定义,P 上=mgh t 上,P 下=mgh t 下,显然P 上>P 下,C 对,D 错. 答案:BC１２如图所示,质量为m的物体静止在倾角为θ的斜面上,物体与斜面的动摩擦因数为μ,现使斜面水平向左匀速移动距离l.(1)摩擦力对物体做的功为(物体与斜面相对静止)( )A.0B.μmglcosθC.-mglcosθsinθD.mglsinθcosθ[答案] C(2)斜面对物体的弹力做的功为( )A.0B.μmglsinθcos2θC.-mglcos2θD.mglsinθcosθ[答案] D(3)重力对物体做的功为( )A.0B.mglC.mgltanθD.mglcosθ[答案] A[解析] 物体m受到重力mg,摩擦力Fμ和支持力FN的作用如图所示,m有沿斜面下滑的趋势,Fμ为静摩擦力,位移l的方向与速度v的方向相同,据物体的平衡条件有Fμ=mgsinθ,FN=mgcosθ.由功的计算公式W=Fscosα有:(1)摩擦力Fμ对物体做功WFμ=Fμlcos(180°-θ)=-mglcosθsinθ.(2)弹力FN对物体做功WFN=FNlcos(90°-θ)=mglsinθcosθ.(3)重力G做功WG=mglcos90°=0.１３.质量为M、长为L的长木板,放置在光滑的水平面上,长木板最右端放置一质量为m的小物块,如图所示.现在长木板右端施加一水平恒力F,使长木板从小物块底下抽出,小物块与长木板间动摩擦因数为μ,求把长木板抽出来所做的功１４.用水平力拉一物体在水平地面上从静止开始做匀加速运动,到t1秒末撤去拉力F,物体做匀减速运动,到t2秒末静止.其速度图象如图6所示,且α<β.若拉力F做的功为W,平均功率为P;物体在加速和减速过程中克服摩擦阻力做的功分别为W1和W2,它们的平均功率分别为P1和P2,则下列选项正确的是( )A.W=W1+W2B.W1=W2C.P=P1+P2D.P1=P2解析物体在拉力作用下运动的过程中所有力做功的和为零,W-W1-W2=0,A正确.0～t1与t1～t2内的位移不等,所以W1≠W2,B错.因0～t1与t1～t2内的平均速度相等, D正确.0～t1与t1～t2时间不等,故P≠P1+P2,C错误. 答案AD １５.如图7所示,长为L的长木板水平放置,在木板的A端放置一个质量为m的小物块.现缓慢地抬高A端,使木板以左端为轴转动,当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动,此时停止转动木板,小物块滑到底端的速度为v,则在整个过程中( )答案BDA.支持力对物块做功为0B.支持力对小物块做功为mgLsin αC.摩擦力对小物块做功为mgLsin αD.滑动摩擦力对小物块做功为１６. 如图2所示,物体沿弧形轨道滑下后进入足够长的水平传送带,传送带以图示方向匀速运转,则传送带对物体做功情况可能是( )A.始终不做功B.先做负功后做正功C.先做正功后不做功D.先做负功后不做功解析 设传送带速度大小为v1,物体刚滑上传送带时的速度大小为v2.①当v1=v2时,物体随传送带一起匀速运动,故传送带与物体之间不存在摩擦力,即传送带对物体始终不做功,A 正确.②当v1<v2时,物体相对传送带向右运动,物体受到的滑动摩擦力方向向左,则物体先做匀减速运动直到速度减为v1,再做匀速运动,故传送带对物体先做负功后不做功,D 正确.③当v1>v2时,物体相对传送带向左运动,物体受到的滑动摩擦力方向向右,则物体先做匀加速运动直到速度达到v1,再做匀速运动,故传送带对物体先做正功后不做功,B 错误,C 正确. 答案 ACD拓展探究 若传送带以与图示方向相反的方向匀速转动,则传送带对物体做功的情况又如何?答案 因传送带足够长,物体在传送带上减速至零后,又反向运动,在这个过程中,传送带对物体先做负功,再做正功.１７．如图5－1－14所示，木板质量为M ，长度为L ，小木块质量为m ＝12M ，水平地面光滑，一根不计质量的轻绳通过定滑轮分别与M 和m 连接，小木块与木板间的动摩擦因数为μ，开始时木块静止在木板左端，现用水平向右的力将m 缓慢拉至右端，拉力至少做功为( )A ．μmgLB ．5μmgL /2C ．3μmgLD ．5μmgL 解析：将m 拉至右端，则小木块的位移为L /2，再由m 受力知F ＝F T ＋μmg ，对M 受力分析可知，F T ＝μmg ，所以拉力做的功为μmgL ，选A.要注意此题中地面是光滑的，若地面不光滑且M 与地面的动摩擦因数也为μ，则正确答案就选B 了．答案：A１８.如图5－1－1所示，两个互相垂直的力F 1与F 2作用在同一物体上，使物体通过一段位移的过程中，力F 1对物体做功4 J ，力F 2对物体做功3 J ，则力F 1与F 2的合力对物体做功为( )A ．7 JB ．1 JC ．5 JD ．3.5 J解析：由于功是标量，合力对物体做的功，应等于各分力对物体做功的代数和，因此，合力对物体做的功应为W＝W1＋W2＝4 J＋3 J＝7 J，选项A 正确．答案：A１９.如图5－1－4所示，一质量为m＝2.0 kg的物体从半径为R＝5.0 m 的圆弧的A端，在拉力作用下沿圆弧缓慢运动到B端(圆弧AB在竖直平面内)．拉力F大小不变始终为15 N，方向始终与物体在该点的切线成37°角．圆弧所对应的圆心角为60°，BO边为竖直方向，求这一过程中：(g 取10 m/s2)(1)拉力F做的功；(2)重力G做的功；(3)圆弧面对物体的支持力F N做的功；(4)圆弧面对物体的摩擦力F f做的功．思路分析：在遇到求功的问题时，一定要注意分析是求恒力做的功还是变力做的功，如果是求变力做的功，看能否转化为求恒力做功的问题，不能转化的，还可以借助动能定理和能量守恒定律来求解．解析：(1)将圆弧AB分成很多小段l1，l2，…，ln，拉力在每小段上做的功为W1，W2，…，Wn，因拉力F大小不变，方向始终与物体在该点的切线成37°角，所以：W1＝Fl1cos37°，W2＝Fl2cos37°，…，Wn＝Fln cos37°，所以WF＝W1＋W2＋…＋Wn＝F cos37°(l1＋l2＋…＋ln)＝F cos37°·R＝20πJ＝62.8 J.(2)重力G做的功WG＝－mgR(1－cos60°)＝－50 J.(3)物体受的支持力F N始终与物体的运动方向垂直，所以WF N＝0.(4)因物体在拉力F作用下缓慢移动，动能不变，由动能定理知：WF＋WG ＋W f＝0，所以W f＝－WF－WG＝(－62.8＋50)J＝－12.8 J.答案：(1)62.8 J(2)－50 J(3)0(4)－12.8 J２０.如图6所示,木板可绕固定的水平轴O转动,在木板从水平位置OA 缓慢转到OB位置的过程中,木板上重为5 N的物块始终相对于木板静止,物块的重力势能增加了4 J.用FN表示木板对物块的支持力,Ff表示木板对物块的摩擦力,则( )A.物块被抬高了0.8 mB.FN 对物块做功4 J,Ff 对物块不做功C.FN 对物块不做功,Ff 对物块做功4 JD.FN 和Ff 对物块所做功的代数和为0解析 物块重力势能的增加量ΔEp=mg Δh,所以Δh=0.8 m,A 正确;因为物块的运动方向始终与Ff 方向垂直,所以Ff 不做功;由功能关系得FN 对物块做功为4 J,B 正确.答案 AB２１．(13分)(2010年四川理综卷)质量为M 的拖拉机拉着耙来耙地，由静止开始做匀加速直线运动，在时间t 内前进的距离为s .耙地时，拖拉机受到的牵引力恒为F ，受到地面的阻力为自重的k 倍，耙所受阻力恒定，连接杆质量不计且与水平面的夹角θ保持不变．求：(1)拖拉机的加速度大小；(2)拖拉机对连接杆的拉力大小；(3)时间t 内拖拉机对耙做的功． 解：(1)由匀变速直线运动的公式：s ＝12at 2① 得a ＝2s t 2.②(2)设连接杆对拖拉机的拉力为f ，由牛顿第二定律得：F －kMg －f cos θ＝Ma ③根据牛顿第三定律，联立②③式，解得拖拉机对连接杆的拉力大小为： f ′＝f ＝1cos θ[F －M (kg ＋2s t 2)]．④(3)拖拉机对耙做的功：W ＝f ′s cos θ⑤联立④⑤式，解得： W ＝[F －M (kg ＋2s t 2)]s .⑥２２．(15分)如图所示，一台沿水平方向放置的皮带传输机，皮带在电动机的带动下以v ＝2.4 m/s 的恒定速率运动．今在皮带左端轻轻地放上质量为m ＝2.5 kg 的工件，经时间t ＝1.2 s 将工件传送到右端，传送距离为s ＝2.4 m ，求：(1)工件与传送带之间的动摩擦因数；(2)摩擦力对工件做的功；(3)电动机因传送工件所做的功．解：(1)作出物块运动的v －t 图象，如图所示，由图象知，四边形ODCB 的“面积”表示工件的总位移，即s ＝12v t ＋v (1.2－t )代入数值得：t ＝0.4 s由v ＝at 得 a ＝v t ＝2.40.4 m/s 2＝6 m/s 2 由f ＝μmg ＝ma 得：μ＝a g ＝610＝0.6. (2)工件相对滑动时前进的位移大小等于三角形OBE 的面积s 1＝12v t 代入数据得：s 1＝0.48 m摩擦力对工件做的功W 1＝fs 1＝μmgs 1＝0.6×2.5×10×0.48 J ＝7.2 J.(3)对传送带而言，在0～t 时间内受到摩擦力作用，其位移大小等于矩形OtBA 的面积s 2＝v t ，电动机对工件做的功为：W ＝fs 2＝μmg ·v t ＝0.6×2.5×10×2.4×0.4 J ＝14.4 J.。
物理功知识点总结
物理功知识点总结物理功是物理学中的重要概念，指的是力对物体所做的作用。
以下是物理功的一些知识点总结。
一、功的定义和计算方法物理功的定义是力对物体所做的作用，可以用以下公式来表示：功 = 力 ×位移× cosθ其中，力是作用于物体上的力大小，位移是物体在力的作用下发生的位移长度，θ是力和位移之间的夹角。
二、功的单位和量纲功的单位是焦耳（J），1焦耳等于1牛顿米。
功具有力和位移的乘积的量纲，即[M][L²][T⁻²]。
三、正功和负功根据力和位移之间的夹角的正负，功可以分为正功和负功。
当力和位移的方向相同时，功为正值；当力和位移的方向相反时，功为负值。
四、功的性质1. 功是标量量，没有方向性。
2. 无论力是直线力还是曲线力，其对物体所做的功只取决于物体的位移。
3. 物体静止时，力所做的功为零。
4. 功的大小和方向与力的大小、位移的大小及其夹角有关。
五、功与能量的关系物理功和能量密切相关，可以用来描述能量的转移和转化。
根据功和能量关系的不同，功可以分为以下几种：1. 功与动能：物体的动能就是其所具有的能使其具备运动能力的能量，其大小等于对物体所做的功。
动能可以用以下公式来计算：动能 = 1/2 ×物体的质量 × (物体的速度)²。
2. 功与势能：势能是物体由于位置而具备的能量，可以通过其与某一物理量的关系来计算。
常见的势能有重力势能、弹性势能等。
六、功的应用1. 功率：功率是功对时间的比值，描述单位时间内产生的功。
功率可以用以下公式来计算：功率 = 功 / 时间。
2. 机械优势：机械优势是运用杠杆原理计算机械效率的一种方法。
机械优势可以用以下公式来计算：机械优势 = 输出力 / 输入力。
3. 静摩擦力与功：当物体受到静摩擦力的作用时，即使施加力将物体移动，也不会对物体做功，因为物体不发生位移。
总结：物理功是力对物体所做的作用，其计算方法是功 = 力×位移× cosθ，单位是焦耳（J）。
高考物理功与功率概念的深度理解
（1）对功的公式的理解功的公式W=Flcosα只适用于大小和方向均不变的恒力做功，公式中的l是指力的作用点的位移，α指力的方向和位移方向的夹角。
W是可正可负的（当然也可能为0），从公式容易看出，W的正负完全取决于的cosα正负，也就是α的大小。
对公式W=Flcosα，可以理解为功W等于力在位移方向上的分量Fcosα与位移l的乘积，也可以理解为功W等于力F和位移在力的方向上的分量lcosα的乘积。
由公式可以看出，某个力对物体所做的功只跟这个力、力的作用点的位移以及力与位移间的夹角有关，而跟物体是否还受到其他力的作用无关，跟物体的运动状态也无关。
（2）关于正功与负功功是标量，只有大小，没有方向，但功有正负。
功的正值与负值不是代表不同的方向，也不表示功的大小，而是表示所做功的性质，反映力对物体产生位移所起的作用，反映不同的做功效果。
在物体发生位移的过程中，各个力的作用不同。
对这个物体发生位移起推动作用的力（即动力）做正功;反之，在对物体产生位移起阻碍作用的力（即阻力）做负功，也就是这个物体克服阻力做功。
（3）几个力的总功的计算计算几个力的总功，通常有以下两种不同的处理方法：①几个力的总功等于各个力所做功的代数和。
②几个力的总功等于这几个力的合力的功。
需要指出的是，方法②仅适用于几个力同时作用于物体的情况，因为只有当这几个力同时作用于物体上时，才能求出它们的合力。
方法①则不管几个力同时作用，还是作用时间有先后，均是适用的。
（4）如何计算变力的功计算变力的功常见的有以下几种方法：①转换研究对象求解通过转换研究对象的方法，将变力所做的功转化为恒力做功问题处理。
②运用累积思想求解把物体通过各个小段所做的功累加在一起，就等于变力在整个过程中所做的功。
③应用动能定理求解把求变力的功转换为求物体动能的变化处理。
（5）正确理解功率概念做功有快慢之分。
我们用“功率”来描述力对物体做功的快慢。
功率P是力对物体所做的功W与完成这些功所用时间t 的比值，即P=W/t在日常生活中，我们经常说某台机械的功率，或某物体做功的功率。
功和功率--基本概念 高一物理(人教版2019必修第二册)
二、功率的概念
6.功率的另一种表达式
W＝P＝FlcWtosα
P＝Flcot sα
v＝
l
t
v1F
α
v
P＝v2Fvcosα
P＝Fvcosα
F
F
2α
v
F1
P＝vFcosα
二、功率的概念 7.平均功率与瞬时功率 即使是同一个力做功，做功的功率也可能是变化的，在一段时间内力 对物体做功的功率，实际上是这段时间内力对物体做功的平均功率。 平均功率：描述在一段时间内做功的平均快慢
课堂小结 功和功率
1.做功的条件
作用在物体上的力 物体在力的方向上移动的位移
2.功的计算： W = F l cosα
功 3.功是标量，但有正负。正负只表示做功的力的效果,
功的正负 不表示方向，也不表示大小。
4.总功等于各个力对物体所做功的代数和。
1.物理意义：表示做功快慢的物理量
功
2.定义式：
PW t
第八章 机械能守恒定律
8.1 功与功率
人教版（2019）物理（必修第二册）
老师：
授课时间：
课堂导入 回顾初中时所学知识，功的定义和条件是什么？
功的定义：如果一个物体受到力的作用，并且在这个力的方向上通过 一段位移 ，我们就说这个力对物体做了功。
F l
做功的两 个条件：
（缺一不可）
（1）作用在物体上的力 （2）物体在力的方向上通过的位移
课堂练习
解析:飞行包(包括人)在竖直匀速降落的过程中,发动机的动力向上,则 发动机对飞行包(包括人)做负功,故A错误。高度下降,飞行包(包括人) 的重力做正功,故B错误。空气阻力竖直向上,与位移方向相反,则空气 阻力对飞行包(包括人)做负功,故C正确。飞行包(包括人)匀速运动,合 力为零,则飞行包(包括人)的合力不做功,故D错误。
功的正负分析
功的正负问题根据功的计算公式 αcos Fs W =；当︒<≤900α时，0cos >α，0>W ，这表示力对物体做正功；当︒=90α，090cos =︒，0=W ，力不做功，当︒≤<︒18090α，0cos <α，0<W ，力对物体做负功。
l ）当力对物体做正功，这个力对物体来说是动力。
如下图中，小车前进中的拉力F 、小球下落过程中的重力G 对物体来说均为动力，力F 和G 对物体做正功。
这里功为正仅表示此力是物体运动的动力，千万不能将功为正理解为功的方向与位移方向一致，因为功是标量，是没有方向的。
2）当2πα=时，表示力的方向与位移方向垂直，物体在力的方向没有发生位移，因此力不做功。
3）力对物体做负功，从动力学的角度看，这个力是阻力，对物体的运动起阻碍作用。
如下图中，a 图中的推力对正在前进中的小车来说是阻力，b 图中小车受到的滑动摩擦力阻碍小车的运动，c 图中上升中的小球，重力与运动方向相反阻碍小球的上升，三个力均对物体做负功：a 图中推力做功 θαcos cos Fs Fs W -==b 图中摩擦力做功 fs fs W -=︒=180cosc 图中重力做功 Gs Gs W -=︒=180cos上面式中F 、f 、G 、s 均表示大小，各式中负号的意义仅表示是阻力对物体做功，不能将它理解为力与位移方向相反（a 图中力F 与位移方向并不是相反），更不能错误地认为功是矢量，负功的方向与位移方向相反。
一个力对物体做了负功，往往说成物体克服这个力做了功（取绝对值），即这两种说法，在意义上是完全等同的。
比如，上抛物体向上运动时，重力做了－6J 的功，也常常就说物体克服重力做了6J 的功，但在具体计算中还应严格按照功的定义公式进行计算。
例如，质量为m 的物体沿倾角为的粗糙斜面在沿斜面方向的拉力作用下向上匀速运动，如右图所示，位移大小为s ，该物体与斜面间的动摩擦因数为μ，分析一下物体受到的各力的做功情况。
高中物理中的功是什么如何计算
高中物理中的功是什么如何计算功是物理学中的一个基本概念，它描述了力对物体做功的能力。
在高中物理中，功的计算是一个重要的知识点。
以下是关于功的定义、计算方法和相关概念的详细介绍。
一、功的定义功（W）是指力（F）对物体作用产生的效果，即力使物体移动的能力。
在力学中，功是力、位移和力的方向的乘积。
功的单位是焦耳（J）。
二、功的计算公式1.恒力做功公式：[ W = F s ]其中，( F ) 是力的大小，( s ) 是物体移动的位移，( ) 是力和位移之间的夹角。
2.变力做功公式：[ W = F(s) ds ]其中，( F(s) ) 是力随位移变化的函数，( ds ) 是微小的位移元素。
三、功的性质1.功是标量，不具有方向性。
2.功的大小取决于力和位移的大小，以及力和位移之间的夹角。
3.功可以是正值、负值或零。
正值表示力对物体做正功，负值表示力对物体做负功，零表示力没有做功。
四、功的应用1.判断力对物体做功的正负：当力的方向与位移方向相同时，力对物体做正功；当力的方向与位移方向相反时，力对物体做负功。
2.计算物体受力做的总功：将物体受到的所有力做功的代数和。
3.分析物体在力的作用下的能量变化：功是能量转化的量度，物体受到的功等于物体能量的变化。
五、与功相关的概念1.功率（P）：表示单位时间内做功的大小，计算公式为 [ P = ]，单位是瓦特（W）。
2.动能（K）：物体由于运动而具有的能量，计算公式为[ K = mv^2 ]，其中 ( m ) 是物体的质量，( v ) 是物体的速度。
3.势能（U）：物体由于位置或状态而具有的能量，包括重力势能和弹性势能等。
综上所述，高中物理中的功是力对物体做功的能力，可以通过力和位移的乘积来计算。
功的应用广泛，涉及能量转化、功率计算等方面。
掌握功的概念和计算方法对于学习物理学具有重要意义。
习题及方法：1.习题：一个物体在水平方向上受到一个恒力作用，力的大小为10N，方向与位移方向相同，物体移动了5m。
功和功率
①功率是描述
做功快慢
的物理量。
W
②定义式：P= t ，所求出的功率是时间t内的平 均功率。 ③单位：瓦特W 1W=1J/s 1千瓦= 1000 瓦 1马力≈ 0.735 千瓦
v·cosθ ，θ是力与速度间的夹角。 ④计算式：P= F· 该公式有两种用法： 求某一时刻的瞬时功率，这时F是该时刻的作用 力大小，v取瞬时值，对应的P为F在该时刻的 瞬时功率。 当v为某段位移（时间）内的平均速度时，则要求 这段位移（时间）内F必须为恒力，对应的P为 F在这段时间内的平均功率。 P=Fv，在功率一定的条件下，发动机产生的力F 跟运动速度v成反比。 ⑤额定功率：发动机正常工作时的最大功率。 ⑥实际功率：发动机实际输出的功率。它可以小 于额定功率，但是不可以长时间超过额定功率。
4. 关于功率下列说法中正确的是( ) BD A.功率大说明物体做的功多 B.功率小说明物体做功慢 C.由P=W/t可知，机器做功越多，其功率越大 D.单位时间机器做功越多，其功率越大
5.关于发动机的额定功率，以下说法正确的是 （D） A.额定功率就是发动机工作时的功率 B.发动机的牵引力越大，其额定功率随之增大 C.发动机不工作时，额定功率为零 D.额定功率只与发动机本身的结构有关
6.一架自动扶梯以恒定的速率v1运送乘客上同一 层楼，其乘客第一次站在扶梯上不动；第二次以 相对于扶梯的速率v2沿扶梯匀速向上走，两次扶 梯运客所做的功分别是W1和W2，牵引力的功率 分别是P1和P2，则（ ） D A. W1 <W2， P1 <P2 B. W1 <W2 ，P1 =P2 C. W1 =W2， P1 <P2 D. W1 >W2 ，P1 =P2
11.把质量为m的物体竖直向上抛出，运动过程 中所受空气阻力的大小恒为f，上升的最大高度 为H，则上升和下降的整个过程中重力对物体所 做的功为 0 。整个过程中空气阻力对物体 做的功为 -2fH 。
考点强化：正负功的判断及计算
根据正负功的定义来判断，正功表示力对物体做正方向的功，负功表示力对物 体做负方向的功。
详细描述
正负功的判断可以根据定义来判断。正功表示力对物体做正方向的功，即力与 物体运动方向的夹角小于90度；负功表示力对物体做负方向的功，即力与物体 运动方向的夹角大于90度。
根据作用力与物体运动方向的关系判断
摩擦力做功计算法是根据摩擦力的大小和方向计算摩擦力做的功。
详细描述
摩擦力做功与相对运动的方向相反，因此可以根据相对位移的大小和方向计算摩擦力做的功。如果摩 擦力做正功，则表示该力对物体运动起到推动作用；如果摩擦力做负功，则表示该力对物体运动起到 阻碍作用。在分析机械能守恒时，摩擦力做功常常是导致机械能损失的原因之一。
这道题主要考察对正负功的判断，根据力与位移的方向 关系，可以判断力是做正功还是负功。
练习题2
计算下列情况下力所做的功。
答案解析
这道题主要考察对正负功的计算，需要根据力和位移的 大小及方向，运用公式$W = Fscostheta$进计算力所做的功。
答案解析
这道题主要考察在复杂情境下对正负功的判断及计算能 力，需要综合考虑多个物理量之间的关系，根据实际情 况进行分析和计算。
情况来判断总功的正负。
03
正负功的计算方法
直接计算法
总结词
直接计算法是根据功的定义进行计算，即力和在力的方向上通过的位移的乘积。
详细描述
直接计算法适用于力和位移都是矢量的情况，计算公式为$W = Fscostheta$，其中$F$是力的大小，$s$是位移 的大小，$theta$是力和位移之间的夹角。根据夹角的不同，可以判断功的正负，当$theta$为锐角时，功为正； 当$theta$为直角或钝角时，功为负。
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功的正值、负值与正功、负功
摘要一般地说功分正功和负功。
在热力学中，功又有正值和负值之分。
功取正
值或负值跟正功与负功是两回事。
在热力学中，功具有一定的特殊性。
只有正确
理解功与能量转化的关系，才能真正理解和掌握热力学定律。
关键词功正功负功正值负值内能转化
功分正功、零功和负功。
根据功的定义 = ，若0≤ ＜90 ，即力和位移的夹角
为锐角时，力做正功；若 =90 ，即力和位移垂直，力不做功；若90 ＜≤180 ，
即力和位移的夹角为钝角时，力做负功。
在热力学中，热力学系统的变化遵循热力学第一定律。
热力学第一定律的数
学表达式常写成两种表达式的区别在于功，为此前一种表达式中功用表示，后
一种表达式功用表示。
内能的增量、热量和功或可以取正值，也可以取负值。
功取正值还是负值，是这样规定的：采用前一种数学表达式，外界对系统做功，
功取正值，系统对外界做功，功取负值；采用后一种数学表达式，系统对外界
做功，功取正值，外界对系统做功，功取负值。
这里功的正值、负值跟本文开
头的正功、负功是不是同一回事？功取正值是否等同于力做正功？功取负值是否
等同于力做负功？
功取正值、负值跟力做正功、负功是不同的两回事。
在热力学中，功的正值、负值跟系统与外界间能量的转化有关。
热力学第一定律数学表达式采用前一种写
法 = + ，表示一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所
做功的和。
规定外界对系统做功（正功），对取正值，表明其它形式的能转化为
系统的内能；系统对外界做功（正功），功取负值，表明系统的内能转化为其它
形式的能。
热力学第一定律数学表达式采用后一种写法， = + ，表示外界对系统
传递的热量等于系统对外界做功与系统内能增量之和。
这种写法从热机的原理来
考虑：系统从外界吸收热量，一部分用于对外界做功，另一部分使系统的内能增加。
故系统对外界做功（正功），功取正值，系统的内能转化为其它形式的能；
外界对系统做功（正功），功取负值，其它形式的能转化为系统的内能。
两种表
达式，同样是外界对系统做功，功取正值而功取负值。
所以热力学第一定律中
的功的正、负值是在正功、负功的基础上新的约定，体现了系统与外界的能量转化。
两种表达式功的正、负值的约定又不相同。
力做功在热力学和力学中有所不同。
力学系统一般被视为质点或质点组，力
做功使质点或质点组位置和速度发生变化，被视为质点的物体不会形变。
我们只
考虑系统的机械能而不考虑内能。
在热力学中，做功过程系统的位置可以不改变。
系统的状态参量会变化，要考虑系统的内能而不考虑机械能。
力学的功能原理，
物体的动能增量等于所有力做功的代数和。
对于力做功，只考虑正功和负功就可
以了。
热力学第一定律功的问题，得考虑外界对系统做功，还是系统对外界做功，从而确定功的正、负值。
热力学中的功跟力学中的功有所不同。
力学中，力做功物体位置发生变化，
产生一段位移，力与位移及两者夹角的余弦乘积就是功。
热力学中，力做功系统
位置可以不变化，但系统的体积有变化。
举气体为例，如图1所示，活塞将气体
封闭在气缸里，假设气体等压地膨胀推动活塞右移距离，气体压强为，活塞面
积为，气体对外界做功为
为系统改变的体积。
等压过程气体对外界做功等于压强与体积改变量的乘积，功的计算公式推广到压强作用的表达式。
还可以用图象表示气体做功。
如图2所示的 - 图，气体从状态1等压地变化到状态2，体积由变到，由 = （ - ）可知图象与轴之间的矩形面积表示了气体对外做功的数值。
对于非等压过程，不能用上述公式计算功，仍可用图象来表示功的大小。
如图3所示，气体等温地膨胀，等温线与轴之间围成的图形的面积表示气体等温膨胀对外界所做的功。
热力学系统可推广到由固体或液体组成的系统。
如图4所示，木板固定在水平面上，上面放着物块，与之间有摩擦。
若以初速度沿表面滑动，经过位移，最终静止在上，由能量守恒可知物体的动能转化为、的内能。
根据动能定理，对的摩擦力对做负功，的动能减小，有
即
从热学第一定律考虑，在上滑行过程，视为绝热过程，外界对做功，系统内能增加，有从力学角度摩擦力做负功，而从热力学角度摩擦力对做功取正值。
可见功的正、负值不等同于正功、负功。
跟内能相关的还有电流做功。
电流做功实质上是电场力对电荷作用使之定向移动做功，电荷定向移动克服阻力做功，电能转化为内能。
其计算公式为
式中称为焦耳热，为电流，是电荷定向移动形成的，为电阻，体现了电荷克服阻力定向移动，为时间，表示电流做功过程的长短。
上式实质上是电流做功的计算公式，电流做功，电能转化为内能。
转化的过程设想用热传递代替，于是等效为用导体吸收了跟相等的热量，内能增加。
用热力学第一定律的数学式 = + ，电流做功应为，是外界对系统（导体）做功，取正值。
该功用等效的热量替代。
我们不仅要从功的定义在力作用下的物体移过了一段位移来认识功，还要从能量的转化来认识功。
热力学第一定律指出了能量在转移和转化过程中总量守恒，其数学表达式中的功的正、负量值表示了外界其它形式的能与系统内能转化时的数值和方向。
参考文献
【1】中学物理教师手册编写组：《中学物理教师手册》，上海教育出版社，1983年。