颱風來襲

到處災情頻傳

狐狸貓和小數蛙的學校門口招牌

都掉下來了

風災過後　學校請來吊車

準備把招牌升起來

掛回3公尺高的原來位置

此時旁邊剛好開過一台堆高機

兩人討論著

如果要吊起招牌

該使用吊車好？還是堆高機好呢？

既然是相同的招牌

那麼不管是吊車還是堆高機

需要施力提起的物體質量均相同

若招牌等速升起

此時合力為零

吊車與堆高機

對招牌的施力均等於物重

再比較招牌受力的位移

也就是升起的高度

吊車與堆高機把招牌抬升的高度

都是3公尺

在兩者施力相同、位移相同的狀況下

作功也會得到相同的結果

你答對了嗎？

小數蛙覺得困惑

想知道作功的目的是什麼

我們討論作功

是為了瞭解物體的能量改變狀況

雖然招牌受力後還是招牌

外觀沒有改變

但它的位置從地面升起

高度被改變了

招牌隨時都受到地球重力影響

所以要改變招牌的高度

我們必須對招牌施力

抵抗重力影響

而這個施力作的功

轉變成能量儲存起來

相反的　如果今天招牌掉落

將會受到地球重力影響

將儲存的能量轉變成另一種能量

這就是作功導致能量轉換的實例

所以　功與能量是息息相關的

但是　吊車與推高機雖然作功相同

但是哪一種才是最有效率的工具呢？

高效率是作功所需時間較長的？

還是時間較短的？

同學們也一起思考看看吧！

當吊車和堆高機作的功相同

時間越短者、功率就越高

代表效率越好

同樣時間可以做更多事

堆高機耗時1分鐘

比吊車的2分鐘短

因此堆高機的效率較高

你答對了嗎？

作功的效率與時間有關

可以透過「功率」來表示作功的快慢

其意義就是「單位時間內所作的功」

效率高　代表作功相同時

所需時間較少

或者是相同時間內

所作的功比較多

而功率的單位根據意義

可寫作焦耳除以秒、J除以s

亦可稱之為瓦特

這是由於18世紀英國科學家瓦特

經過十幾年研發出

具有效率的新一代蒸汽機

直接推動了工業革命

大幅改善人類生活品質

為了紀念瓦特的重大貢獻

以他名字作為功率的單位

作功的定義為

對物體施力乘以與施力方向

平行的位移

情境中狐狸貓和小數蛙等速搬動一樣的教材

所以兩人搬動重量一樣

對教材的施力相同

位移大小也同樣是1到3樓的距離

不同的地方是：

小數蛙從1樓搬上3樓

使教材的位移與獲得的施力同方向

對教材施力作正功

狐狸貓則是從3樓搬回1樓

對教材的施力

與位移方向相反

所以對教材施力作負功

但兩者搬動的重量與移動距離相同

因此不論正功、負功

作功數值兩者相同

你答對了嗎？

情境中兩人作功大小相同

但是作功時間不同

所影響的是功率大小

假設對教材施力60牛頓

1到3樓高度差6公尺

小數蛙對書施力方向

與位移方向相同

作功為360焦耳

狐狸貓則是對書施力方向

與位移方向相反

作功負360焦耳

要求出功率

須將作功除以作功時間

經過計算

小數蛙作功為360焦耳除以360秒

功率為1瓦特

狐狸貓則為負360焦耳除以180秒

功率為負2瓦特

狐狸貓幫大家歸納幾個重點

第一　推動物體時

物體所受施力大、位移大者

所受的作功較大

所需提供的能量較多

第二　功為純量

沒有方向性

正功、負功僅表示能量變化的形式

正負並非大小關係

第三　功率是指單位時間內的作功快慢

在日常生活中

功率可以幫助我們

比較不同領域的能量運用效率

包含了馬達輸出功率、空調系統效率、

燈泡耗電功率、熱功率等等

同學們

功與功率關係緊密但又不同

你能正確辨識他們嗎？

狐狸貓將今天學到的知識

做了一個重點整理：

作功可使不同形式的能量互相轉換

功率就是單位時間內所作的功

可表示作功的快慢

1瓦特等於外力在1秒內對物體作功1焦耳

最後

和狐狸貓與小數蛙一起來腦力激盪吧！

也可以先想一想

再與同學和老師一起討論喔！

狐狸貓推動載著全班餐盒的推車回班上

狐狸貓對手推車的水平推力為20公斤重

在施力過程中

水平方向總共移動了15公尺

花了1分鐘的時間

請問狐狸貓對手推車施力做功的功率應為多少？