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1.4 功的正负

功和功率 · 高一
先确认一下:这一关能不能学
先会这个
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 功的正负表示力是动力(做正功)还是阻力(做负功),反映能量传递的方向。

从哪来 建立在 1.2 能量与做功的关系 之上。

为什么 功是能量转化的量度。当力与位移夹角小于 90° 时,力推动物体运动,向物体输入能量,故做正功;当夹角大于 90° 时,力阻碍物体运动,物体消耗自身能量克服该力,故做负功。正负号本质上标识了能量流向:正功代表能量流入系统,负功代表能量流出系统。

生活类比法
适合形象思维强、抽象概念理解困难的学生。 把物体比作“银行账户”,能量是“钱”。 - 做正功:别人给你转账(如重力下落、推力向前),你的余额增加。 - 做负功:你给别人转账(如摩擦力阻碍滑动、你向上抛球克服重力),你的余额减少。 - 核心逻辑:看钱是进账还是出账,决定正负。
矢量投影法
适合数学基础好、喜欢逻辑推导的学生。 从公式 $W = F \cdot l \cdot \cos\theta$ 出发。 - 功是标量,但计算依赖矢量夹角 $\theta$。 - 当 $0^\circ \le \theta < 90^\circ$,$\cos\theta > 0$,则 $W > 0$(力在位移方向有正向分量)。 - 当 $90^\circ < \theta \le 180^\circ$,$\cos\theta < 0$,则 $W < 0$(力在位移方向有反向分量)。 - 核心逻辑:正负由 $\cos\theta$ 的符号决定,本质是力在位移方向上的投影方向。
能量守恒视角法
适合物理直觉好、关注系统整体的学生。 不纠结于力的方向,而是看能量变化。 - 若物体动能增加(或势能增加且无其他能量输入),则该力做正功。 - 若物体动能减少(或势能增加需消耗动能),则该力做负功。 - 核心逻辑:谁在“掏钱”(消耗能量),谁就做负功;谁在“赚钱”(获得能量),谁就做正功。
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练一道
基础题
一个质量为 2kg 的物体在水平面上向右运动,受到向左的滑动摩擦力 4N,位移为 3m。求摩擦力做的功。
变式
一个物体沿粗糙斜面向上滑动,重力沿斜面向下的分力为 10N,位移为 2m。求重力沿斜面分力做的功。
试试手自己判
检测题
一个物体在水平面上向右匀速运动,受到向右的推力 $F_1$ 和向左的摩擦力 $f$。若物体向右移动了 1m,则 $F_1$ 做正功,$f$ 做负功。现在,若物体改为向左匀速运动,位移大小仍为 1m,则 $F_1$(假设方向仍向右)和 $f$(方向变为向右)分别做正功还是负功?
看答案和判分标准
答案:$F_1$ 做负功,$f$ 做正功。
判对标准:
- 学生能指出 $F_1$ 方向(右)与位移方向(左)相反,故做负功。
- 学生能指出 $f$ 方向(右,阻碍相对运动趋势)与位移方向(左)相反?不,摩擦力方向与相对运动趋势相反。物体向左运动,摩擦力向右。位移向左。力向右,位移向左,夹角 180 度,做负功?
- 修正思考:
- 原情景:向右运动,$F_1$ 向右(动力,正功),$f$ 向左(阻力,负功)。
- 新情景:向左运动。
- $F_1$ 方向仍向右(题目假设),位移向左。力与位移反向,$F_1$ 做负功。
- 摩擦力 $f$ 方向:物体向左运动,摩擦力阻碍相对运动,故 $f$ 方向向右。
- 位移向左,$f$ 向右。力与位移反向,$f$ 做负功。
- 等等,这里有个陷阱。通常题目中 $F_1$ 是主动力,方向可能随运动改变。但题目明确说“$F_1$(假设方向仍向右)”。
- 如果 $F_1$ 向右,位移向左,$F_1$ 做负功。
- 摩擦力 $f$ 总是阻碍相对运动。物体向左动,$f$ 向右。位移向左,$f$ 向右,$f$ 做负功。
- 结论:两者都做负功。
- 重新审视题目意图:通常这类题考察的是“摩擦力方向改变”。
- 如果题目意思是“推力 $F_1$ 总是动力”,那 $F_1$ 会反向。但题目括号里写了“假设方向仍向右”。
- 让我们换一个更清晰的检测题,避免歧义。

替换检测题:
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