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功

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〔讲述 〕  第二种情况,当力和位移方向成某一角度α时。譬如人拉小车(教师板画图4),当拉力方向与小车位移方向有一夹角,即拉力f跟小车位移s矢量间的夹角为α时,我们来分析拉力f对小车所做的功。
我们可把力f分解成f1(f1与s同向)和f2(f2与s垂直)两个分力。根据功的定义,分力f1做功等于f1s;在分力f2方向上小车没有发生位移,所以,分力f2对小车不做功(或者说,f2对小车做功等于零)。因此,力f对小车所做的功等于f1s,由于f1=f cosα,所以,拉力对小车所做的功可表达为:
w=fscosα
这是计算功的一般公式
上述第一种情况是α=0°时的特例。
师:从计算功的一般公式,谁能表达一下,力对物体所做的功等于什么?
生:力对物体所做的功等于力的大小,位移的大小,力和位移的夹角的余弦三者的乘积。
师:对,力对物体所做的力等于力、位移两矢量的大小和它们间夹角余弦三者的乘积。功只有大小,没有方向,它是一个标量。那么,功的单位是怎样的呢?

〔讲述〕   在国际单位制中,功的单位是焦耳,符号是j。1焦就是1牛的力使物体在力的方向上发生1米的位移所做的功,即1焦=1牛×1米=1牛·米。
功的其它单位还有千·小时。
(板书)   1千·小时=3.6×10 6 焦耳
3、功的一般公式的讨论
(板书)     w=fscosα
〔讲述〕  (1)当α=0°,即力、位移方向一致时,cosα=1,w=fscosα=fs>0,这是初中学过的计算功的公式(举例简析,见图5(a))力对物体做正功。
(2)当0≤α<π/2  即力、位移方向之间夹角是一锐角时,cosα>0,w=fscosα>0,力对物体做正功。如人推车前进时,推力对车做正功(见图5(b))。
结论:当0≤α<π/2时,力对物体都做正功。
(3)当α=π/2 (即力、位移方向垂直)时,cosα=0,w=fscosα=0,力对物体不做功,或者说,力对物体所做的功等于零。
例:①物体在水平桌面上运动功,重力g和支持力f跟位移方向垂直,这两个力都不做功。②单摆运动的悬线给小球的拉力,对小球不做功。③做圆周运动的物体所需的向心力对物体永不做功。
小结:物体作曲线运动时,法向力对它不做功。
(教师挂出课前抄好题的小黑板)

【例1】   某人用30牛拉力拉着质量为50千克的木箱在光滑水平面上移动30米的距离。已知拉力与水平地面成30°夹角,(见图6),问拉力对木箱做了多少功?重力、支持力对木箱各做了多少功?
解:拉力f和位移s间的夹角α为30°,拉力对木箱做正功。
wf = fscosα=30×30×0.866=779.4j
∴拉力f对木箱做功779.4 j。
由于重力g与位移s方向垂直,故wg =0,重力对木箱不做功。
水平地面对木箱的支持力n=g-fscosα=5×9.8-30×(1/2)=475 n,方向竖直向上,由于支持力n与位移s方向垂直,故wn=0,支持力对木箱也不做功。

(4) 当π/2<α≤π,即力、位移方向间夹角为一钝角或平角时,因为cosα<0,w<0。这时,力对物体做负功。

如人用推力阻碍小车向前运动,但小车还是向前发生了一段位移时,设推力f和小车位移s之间的夹角为α,π/2<α≤π,见图7(a),我们就说推力f对小车做了负功,或者说:小车克服推力做了功(取正值)。

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