功是力對物體所做的作用,使物體產生位移的物理量。
功的單位:焦耳(J,joule)
在力與位移方向相同時:
$$W = F \times S$$
其中:
功率是單位時間內所做的功的量。表示做功的快慢。
功率的單位:瓦特(W,watt)
$$P = \frac{W}{t}$$
也可以寫成: \(P = \frac{F × S}{t}\) = \(\frac{m × a × S}{t}\)
其中:
1. 小明以20N的力推動一箱50公斤的貨物,在光滑的水平面上移動4公尺,求小明對貨物總共作了多少功?
答案:C
解析:
功 = 力 × 位移
$$W = F \times S = 20N \times 4m = 80J$$
注意:因為是在光滑水平面上,所以只需考慮推力做的功。
2. 下列關於功率的敘述,何者錯誤?
答案:D
解析:
功率 = 功/時間,$$P = \frac{W}{t}$$
由公式可知,在功相同的情況下,時間越長,功率反而越小。
3. 一部電梯可以在10秒內將一位80公斤的乘客上升20公尺,重力加速度為10 m/s²,請問電梯的功率為多少瓦特?
答案:A
解析:
1. 先算出重力:$$F = mg = 80 \times 10 = 800N$$
2. 算出功:$$W = F \times S = 800N \times 20m = 16000J$$
3. 算出功率:$$P = \frac{W}{t} = \frac{16000J}{10s} = 1600W$$
4. 在下列哪種情況下,外力對物體所做的功為零?
答案:A
解析:
功 = 力 × 位移,要做功必須要有位移。
原地踏步時雖然有施力,但沒有位移,所以做的功為零。
其他選項都有位移發生,且力的方向與位移方向不垂直,所以都有做功。
5. 在水平地面上,小沖以大小相同的水平力分別推動質量為5公斤與10公斤的貨物10公尺,水平力的方向與貨物位移的方向相同。若小沖對此兩貨物所作的功分別為W₁與W₂,則下列何者正確?【109.會考補考】
(A) 4W₁ = W₂
(B) 2W₁ = W₂
(C) W₁ = 2W₂
(D) W₁ = W₂
解析:
答案:D
1. 在水平面上推動物體時,功的大小由以下因素決定:
2. 功的計算:
$$W = F \times s$$
3. 重要觀念:
4. 結論:
因為力相同(F相同)、位移相同(s = 10m),所以W₁ = W₂
答案:(D) W₁ = W₂
5. 補充說明:
這題容易誤認為質量較大的物體需要做更多功,但實際上在水平面上,只要位移相同、推力相同,做功就相同,與物體質量無關。這是因為重力與正向力互相抵消,不需要額外的功來克服重力。
7. 一個質量為10 kg的木塊置於水平桌面,木塊同時受到F₁、F₂兩個大小固定的外力,F₁的大小為10N,方向水平向右;F₂的大小為5N,方向鉛直向上。若施力過程中,木塊僅水平向右移動1m,如圖所示,則此過程中F₂對木塊的作功應為多少?【111.會考補考】
(A) 0J
(B) 5J
(C) 10J
(D) 15J
答案:A
解析:
1. 計算功時需要考慮:
2. 關鍵概念:
3. 計算F₂做的功:
答案:(A) 0J
4. 補充說明:
當力的方向與位移方向垂直時,這個力不做功。這是因為這個力沒有在位移方向上產生任何作用。在本題中,F₂雖然對木塊有作用力,但因為它與水平位移方向垂直,所以做功為0。