师：今天我们学习第十一章简单机械和功的第三节——功。生活中，功是个多义词，可以表示功劳，与“过”相对，比如丰功伟绩、立功；也可以表示能力或水平，像唱功、基本功；还能表示成绩、成效，例如事半功倍、大功告成等。那么力学中的功指的是什么呢？我们从观察一幅漫画开始探讨。

　　漫画里，修缮寺庙时，甲和尚用400牛顿的拉力将重物匀速提升两米，乙和尚用100牛顿的拉力将重物匀速提升4米。漫画中甲乙两个和尚提升物体要不要消耗能量？谁消耗的能量多一些？说出判断依据。

　　生：有的认为甲损耗的能量多，因为他用的力大；有的觉得乙损耗的能量多，因为升高的高度大；还有的认为甲损耗的能量多，因为拉力与升高的高度的比值大。

　　师：根据生活经验，消耗能量的多少应该与力的大小、升高的高度都有关系。那到底该如何比较甲乙两个和尚谁消耗的能量更多呢？能不能通过比较拉力和高度的比值来比较消耗能量的多少？我们看下面这个例子。甲用200牛顿的拉力将重物匀速提升两米，乙用300牛顿的拉力将重物匀速提升3米。谁损耗的能量多？如果用求比值的方法可行吗？200牛顿比上两米与300牛顿比上3米相等，但是用300牛顿拉力将物体匀速提升3米，消耗的能量显然更多，所以该方法行不通。

　　在物理学中，很多物理量采用比值法定义，比如速度、密度、压强等。定义一个物理量是否用比值定义法，关键要看比值是否具有一定的物理意义。在和尚提升物体的过程中，用比值法定一个物理量来反映消耗能量的多少不合适。在物理学中，把力与物体在力的方向上通过的距离的乘积称为机械功，简称功。若用w表示功，f表示力，s表示物体在力的方向上通过的距离，则w = FS。在国际单位中，力的单位是牛顿，距离的单位是米，所以机械功的单位是牛·米。为了纪念英国物理学家焦耳对科学的贡献，人们将功的单位命名为焦耳，简称焦，用字母J表示，1焦耳 = 1牛·米。焦耳1818年出生，1889年逝世，他的主要贡献是测定了热和机械功之间的当量关系，在电学和磁学方面也有贡献，对蒸汽机的发展做了不少有价值的工作，还率先计算了气体分子热运动的速度。1850年，焦耳被选为英国皇家学会会员。课后，大家可以在网络上查询更多焦耳的贡献。

　　我们了解了功这个物理量的定义，来看如图所示的两个物理过程。图a，小华施加大小为f的拉力，将水桶提升一定高度s；图b，小明施加大小为f的拉力，将小车推动一定距离s。小华和小明在图示的物理过程中做功了吗？判断依据是什么？

　　生：小明和小华在图示的物理过程中都对物体施加了力的作用，并且物体在力的方向上都移动了一段距离，根据功的定义，小华和小明分别对水桶和小车做了功。

　　师：对，根据功的公式，对物体做功有两个必要条件，一是对物体要有力的作用，二是物体要在力的方向上通过一定的距离。我们了解了做功的两个必要条件，接下来分析下面4幅图所对应的物理过程，判断图示物理过程中的力是否做了功。图a，女孩把一箱报刊搬起来；图b，学生背着书包在水平路面上匀速前进；图c，司机费了很大的力，汽车仍然不动；图d，足球被踢之后，在草地上滚动了一段距离。图a中女孩对箱子做功了吗？判断依据是什么？

　　生：女孩对箱子做了功，因为女孩不仅对箱子施加了向上的力，而且箱子在力的方向上移动了一段距离。

　　师：图b中学生对书包做功了吗？判断依据是什么？

　　生：学生对书包没有做功，因为该学生对书包的力的方向是向上的，而书包并没有在该力的方向上移动一段距离。

　　师：图c中司机对汽车做功了吗？判断依据是什么？

　　生：司机对汽车没有做功，因为司机对车虽然有力的作用，但汽车并没有在推力的方向上移动一段距离。

　　师：图d中人对足球做功了吗？判断依据是什么？

　　生：当足球离开脚之后的滚动过程中，人对足球不再做功，因为人对足球已经不再有力的作用。

　　师：综上，判断一个物理过程是否做功，关键看是否同时满足做功的两个必要条件，一是有力的作用，二是在力的方向上运动一段距离。这两个条件必须同时具备，缺一不可。大家还能列举一些生活中做功或者不做功的示例吗？我们已经知道了功的定义，了解了功的单位，那你们知道1焦耳的功有多大吗？通过两个例子，估算感受一下1焦耳的功大概有多大。例1，从地上拿起一个约50克的鸡蛋，并缓缓举过头顶，估算这个过程中对鸡蛋所做的功。功的大小等于力乘以力的方向上物体移动的距离。这里力的大小和鸡蛋所受重力大小相等，鸡蛋移动的距离即鸡蛋升高的高度。所以功的大小w = mgh = 0.05千克×10牛顿/千克×2米 = 1焦耳。

　　例2，用手匀速拖着两个鸡蛋升高1米，估算手对鸡蛋做的功。根据功的定义，功的大小w = FS。手对鸡蛋施加的力大小等于鸡蛋的重力，鸡蛋升高的高度就是鸡蛋移动的距离。所以所做的功w = mgh = 0.1千克×10牛顿/千克×1米 = 1焦耳。课后，大家可以利用鸡蛋参照上述两个示例，亲自动手操作，感受1焦耳功的大小。其实生活中，做功的事例比比皆是，比如小明将质量为10千克的水桶从离井口3米的深处匀速提到瓶口，在这一过程中，小明对水桶就做了功。能计算出该过程小明对水桶做了多少功吗？