摩擦力做功常見問題淺析

趙修寧

摘要：文章主要針對摩擦力做功常見問題進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)下物理摩擦力教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀為根據(jù)，從作用點(diǎn)的移動與作用點(diǎn)的位移是否相同、人在移動時(shí)靜摩擦力是否做功、相互作用靜摩擦力總功是否為零等方面進(jìn)行深入研究與探索，目的在于更好的推動物理摩擦力教學(xué)的發(fā)展與完善。

關(guān)鍵詞：摩擦力 常見問題 物理教學(xué)

在高中物理學(xué)習(xí)過程中，摩擦力有著較為重要的學(xué)習(xí)地位與相應(yīng)的難度，同時(shí)也是高考中經(jīng)常出現(xiàn)的問題之一。另一方面在各種因素的影響下，我們學(xué)生在對摩擦力做功知識學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常出現(xiàn)相應(yīng)的問題，使其對該知識的掌握存在缺陷，進(jìn)一步對其學(xué)習(xí)質(zhì)量產(chǎn)生較為直接的影響。為此我們對摩擦力做功常見問題進(jìn)行充分分析并進(jìn)行合理解決，較好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，為其發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。

一、作用點(diǎn)的移動與作用點(diǎn)的位移是否相同

通過對功知識進(jìn)行深入研究可以發(fā)現(xiàn)，功的位移主要是力的作用點(diǎn)發(fā)生了相應(yīng)的改變。在對摩擦力做功進(jìn)行分析過程中通常出現(xiàn)相應(yīng)的問題例如：一個(gè)物體在固定的平面上進(jìn)行滑動，這時(shí)滑動摩擦力對移動物體作負(fù)功，同時(shí)滑動摩擦力對固定平面是否也存在相應(yīng)的功，其中平面在受到滑動摩擦力的作用點(diǎn)是否在物體移動過程中發(fā)生移動，能否將作用點(diǎn)發(fā)生移動的距離為作用點(diǎn)的位移，進(jìn)一步認(rèn)為滑動摩擦力對平面做負(fù)功。

其答案是否定的。在這一問題中固定平面機(jī)械能沒有出現(xiàn)任何改變，通過“功能聯(lián)系”可知滑動摩擦力對桌面沒有做功。滑動摩擦力在對移動物體做負(fù)功過程中將產(chǎn)生的各種能充分的轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。物體在固定的平面上進(jìn)行相應(yīng)移動過程中物體個(gè)點(diǎn)逐漸為滑動摩擦力的作用點(diǎn)，其中各作用點(diǎn)沒有出現(xiàn)位移現(xiàn)象，所以對移動物體的摩擦力不做功。

通過上述事例我們可知，作用點(diǎn)的移動與作用點(diǎn)的位移之間存在較大的差距。

二、相互作用靜摩擦力總功是否為零

在各種物理學(xué)習(xí)資料上都有著相應(yīng)的說明：相互作用摩擦力所做功的總和為零。但在相應(yīng)的情況下對其進(jìn)行分析過程中還存在著相應(yīng)的問題。例如：人員模型問題。當(dāng)人在靜止的船上進(jìn)行走動時(shí)，船與人受到的靜摩擦力方向與人船的運(yùn)動方向相一致，其中船與人的動能同時(shí)提升。在剛剛接觸這一問題時(shí)，相互作用的摩擦力都對相應(yīng)的物體做正功，在兩者之和相加時(shí)其值不為零。但進(jìn)行深入研究則發(fā)現(xiàn)，人在靜止的船上進(jìn)行移動過程中，船與腳的位移相同，由于經(jīng)摩擦力相對靜止，做功方向相反。因此腳對船做正功，船對腳作負(fù)功。相互作用靜摩擦力總功同樣為0。人發(fā)生移動的主要原因?yàn)槿松眢w構(gòu)造產(chǎn)生了相應(yīng)的動能，其中動能的增加主要為人力內(nèi)力做功將生活能充分的轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械性。再如：運(yùn)動員在在進(jìn)行體能訓(xùn)練期間的設(shè)施，在運(yùn)動員腰間栓相應(yīng)的繩索并水平穿過相應(yīng)的滑輪，繩子另一端栓有相應(yīng)的重物，人在移動過程中傳送帶發(fā)生相應(yīng)的移動但人體重心沒有發(fā)生變化。在對這種類型問題進(jìn)行分析過程中，學(xué)生通常認(rèn)為人與傳送帶間的摩擦力為靜摩擦力，其對傳送帶做正功，同時(shí)由于人的重心沒有發(fā)生改變，因此對人不做功。但這種分析是錯(cuò)誤的。在這種問題中不能將人看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。在靜摩擦力發(fā)生相應(yīng)作用時(shí)，人員的傳送帶是靜止的，因此腳與傳送帶的位移是相同的，也就是靜摩擦力對傳送帶做正功，對腳做負(fù)功，其總功之和仍為0。

三、人在移動時(shí)靜摩擦力是否做功

我們在對摩擦力做功知識進(jìn)行學(xué)習(xí)過程中，人在移動時(shí)靜摩擦力是否做功問題也是我們學(xué)生常見的問題之一。一些同學(xué)認(rèn)為人在移動期間主要承受豎直向上的支持力與向下的重力，與此同時(shí)，還還會受到移動方向的經(jīng)摩擦力，在摩擦力的做功下人發(fā)生位移變化，其中方向相同，因此經(jīng)摩擦力對人做正功。另一些同學(xué)則認(rèn)為，人在移動時(shí)在靜摩擦力的作用下使其重心前移，同時(shí)一定方向與地面的支持力為垂直關(guān)系，不是讓重心發(fā)生移動的做功力。在人前傾期間，腳沒有發(fā)生改變，其自身的重心則發(fā)生前移現(xiàn)象，這時(shí)靜摩擦力作工則為經(jīng)摩擦力乘以人體重心移動的距離，所以經(jīng)摩擦力做正功。

利用“功能聯(lián)系”可以較好的確認(rèn)經(jīng)摩擦力對人不做功。其主要原因?yàn)榈孛鏇]有為人們的提供相應(yīng)的動能。與此同時(shí)，結(jié)合學(xué)生的想法，人在行走移動過程中，經(jīng)摩擦力產(chǎn)生的作用點(diǎn)也在發(fā)生著相應(yīng)的變化，其中作用點(diǎn)的移動也不屬于作用點(diǎn)的位移。人在實(shí)際行走過程中腳與地面發(fā)生接觸時(shí)速度為0，因此腳的移動 ，同時(shí)摩擦力在作用在其他接觸位置是，其做功通常為0。所以在人進(jìn)行行走期間經(jīng)摩擦力的做功為0。另一方面，學(xué)生在對這一問題進(jìn)行分析過程中不能將人看做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，也就是不能將重心的移動當(dāng)做摩擦力作用點(diǎn)的位移。

這是學(xué)生們可能出現(xiàn)相應(yīng)的迷茫，若地面對人沒有進(jìn)行相應(yīng)的做功，人是怎樣進(jìn)行運(yùn)動的，其動能的來源是什么？為了對這一問題進(jìn)行回答，應(yīng)對物理教材中動能的主要概念進(jìn)行明確，其主要適用于可看做質(zhì)點(diǎn)的物體，但人在移動過程中全身的肌肉都會出現(xiàn)相應(yīng)的相互作用，因此不能將人看做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)。以相應(yīng)的物理知識為基礎(chǔ)，人們進(jìn)行運(yùn)動期間外力與內(nèi)力做功的總和為人運(yùn)動動能的增量，其中外力不做任何功，主要是利用人里肌肉進(jìn)行做功，也既是人在運(yùn)動時(shí)將生物能轉(zhuǎn)化為動能。

四、結(jié)語

綜上所述，在物理教學(xué)過程中，摩擦力做功知識有著較為重要的作用。但摩擦力做功知識難度相對較高，學(xué)生不能對其進(jìn)行較為良好的掌握，知識其物理學(xué)習(xí)質(zhì)量較為缺失。因此教師在摩擦力做功知識教學(xué)過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況對摩擦力做功中常見的問題進(jìn)行分析與講解，在提高學(xué)生對相關(guān)問題理解程度的同時(shí)，促進(jìn)其物理學(xué)習(xí)質(zhì)量的提升，為學(xué)生的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件。

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（作者單位：山東東營勝利油田第一中學(xué)2015級6班）endprint