“人走路靜摩擦力是不是做功？

1、人走路靜摩擦力是不是做功？認知物理概念 破解 “疑惑 ”余姚第七中學 張鑫絨 315450摘要：在 “人走路靜摩擦力是不是做功？”的幾個疑惑中認知功的物理概念，在認知功的物理概 念中，破解“人走路靜摩擦力是不是做功？”的幾個疑惑。功的概念，認知的關(guān)鍵是 S 物體受力作用 點的位移。“人走路靜摩擦力是不是做功？”答案是靜摩擦力不做功，分析原因及人動能的來源，例舉 類同問題并輕易解決。關(guān)鍵詞： 靜摩擦力 功 位移古人說： “學而無疑，是謂大忌。 ”又說： “疑者不安于故，而進于新者也。 ”問題就是疑點。是指人 們在認知活動中，經(jīng)常意識到一些難以解決或疑惑的實際問題及理論問題，并產(chǎn)生一種懷疑、困惑、

2、 焦慮、探索的心理狀態(tài)，這種心理又驅(qū)使個體積極思維，不斷提出問題和解決問題?？梢哉f，問題是 除舊布新的橋梁，是認識深化的階梯，是創(chuàng)造發(fā)明的先導。功是高中物理教學中的重、難點，也是歷來高考的熱點，對于在認知“功”的概念過程中，學生 感到很難準確、 靈活地解決實際問題， 老師也感到非常棘手。 我們就從 “ 人走路靜摩擦力是不是做功？” 的幾個疑惑中，看你對“功”的概念認知多少。一、疑惑：矛盾的靜摩擦力做功“人走路靜摩擦力是不是做功？” 疑惑一：靜摩擦力做功。分析 1、人在運動過程中， 受豎直方向的重力和支持力作用， 互相抵消， 同時受到向前靜摩擦力， 人在靜摩擦力方向發(fā)生了位移，并且方向相同，故靜

3、摩擦力做正功。并根據(jù)高一物理教材中描述的動 能定理可知：靜摩擦力所做的功等于物體動能的增量，根據(jù)功和能的關(guān)系，地面給人提供能量，使人 的動能增加。分析 2、人在運動過程中，受靜摩擦力作用，使人體重心前移，而支持力與運動方向垂直，不是 使重心前移而做功的力 .。當你向前傾身子時，腳雖然沒動，但身體重心前移了。靜摩擦力對你做的功 就等于靜摩擦力的大小乘以身子重心前移的距離 。故靜摩擦力做正功疑惑二：靜摩擦力不做功。 因為腳與地面的接觸點沒有沿著地面方向移動，只是在交接處地面的瞬間地面給了腳一個作用 力而已，故靜摩擦力不做功。那人的動能哪兒來的呢？二、對功的概念理解深化 高中第一冊物理課本對功的定義

4、是“一個物體受到力的作用，如果在力的方向上發(fā)生一段位移， 這個力就對物體做了功” 。所以說在恒力的情況下物體沿直線運動， 則力所做的功等于力沿受力作用點位移方向的投影與受力作用點位移大小的乘積，公式FScosa。“人走路靜摩擦力是不是做功？”根據(jù)功的概念，我們來看上面幾個疑惑的來源，疑惑一1、2,處理靜摩擦力做功時把 S受力作用點的位移看成物體質(zhì)點的位移；疑惑二，處理靜摩擦力做功物體不 能看成質(zhì)點。產(chǎn)生疑惑的原因：在于你在認知“功”的概念中，S受力作用點位移應用條件（是：處理物體可否看成質(zhì)點）的掌握是確定做功情況的關(guān)鍵，也是破解“人走路靜摩擦力是不是做功？ ”的 關(guān)鍵。看看S受力作用點的位移處

5、理，其實它可分三種情況1、若受力物體可視作質(zhì)點，如圖 A的情況,則受力作用點位移即質(zhì)點位移；（如果物體在水平面上移動了So,則拉力F所做的功：W=FSo ） 2、在物體不能簡單地看作質(zhì)點的情況下，有時受力作用點位移與運動物體的位移不一致，圖B中的情況這時受力作用點位移指將受力部位視為質(zhì)點時該質(zhì)點的位移；（如果物體在水平面上移動了 So,則拉力F所做的功：W=2FS o,這里S是受力部位的位移，S= 2So） 3、更換受力作用點不意味受力作用點位 移，圖C中，手握住一端固定于墻壁的繩并在繩上滑動，繩上不同點順序充當摩擦力的受力點，但各 受力點均未發(fā)生位移，故作用于繩的摩擦力不做功三、破解疑惑“人

6、走路靜摩擦力是不是做功？”正確答案：靜摩擦力不做功。分析：人在走路過程中雖然受到豎直方向的重力和支持力、水平方向向前的靜摩擦力，并且靜摩擦力方向與人的位移方向一致。從做功的角度來看，靜摩擦力并不做功。因為處理這個做功時，人不 能看成質(zhì)點，人不能整體受力處理，根據(jù)功的概念中s受力作用點的第三種情況，對腳局部處理，腳與地面之間存在靜摩擦力時，腳掌與地面之間并沒有相對運動，作用在腳底的摩擦力并沒有使腳發(fā)生 位移，靜摩擦力不做功；而腳騰空向前運動時，腳底與地面之間靜摩擦力消失，靜摩擦力又不做功。至U底是什么力做功使人的動能增加？要弄清這一問題，首先必須明確高中教材中描述的動能定理 中只適用于一個可視為

7、質(zhì)點的物體，而人在運動過程中人的手、腳、軀干等部分通過肌肉收縮相互作 用，人不能當作一個質(zhì)點看待。從質(zhì)點組的動能定理角度來看：人在運動過程中內(nèi)力和外力做功之和 等到于人的動能的增量，而外力不做功，因此人在跑步時，內(nèi)力做功等于人的動能的增量。從功和能 的關(guān)系角度看，如果地面的摩擦力做功，則地面必然給人提供能量，事實上地面不可能給人提供能量， 因此地面不可能對人做功。事實上是肌肉收縮做功，也就是人的內(nèi)力做功，從而把人體內(nèi)的化學能轉(zhuǎn) 化機械能和內(nèi)能（人體五分之四的熱能來自肌肉收縮），即人的動能是通過消耗人體的生物能來轉(zhuǎn)化來的。要破解疑惑，并不是簡單的對“功”概念和公式的認識和應用，而是要深刻理解和掌

8、握。四、疑惑的延伸破解疑惑，掌握功的概念，對這類問題都可迎忍而解。1、人由一樓勻速走到五樓，地面對人的支持力是否做功？是什么形式的能轉(zhuǎn)化為人的重力勢能？ 分析：從做功的角度來看， S受力作用點的第三種情況，不能把人看作一個質(zhì)點處理，對腳局部處理，地面對腳底有支持力時，腳沒有發(fā)生位移，腳騰空向上運動時，支持力消失，故支持力不做功。 那人的重力勢能從哪兒來的呢？從質(zhì)點組的動能定理角度來看，人所受外力和身體各部分之間內(nèi)力做 功之和等于人的動能增量，即內(nèi)力做功與重力之和為零，這說明人的身體各部分之間的內(nèi)力做正功， 從功和能的關(guān)系角度，如果地面的支持力做功，則地面必然給人提供能量，事實上地面不可能給人提

9、 供能量，因此地面不可能對人做功。事實上是肌肉收縮做功，也就是人的內(nèi)力做功從而把人體內(nèi)的化 學能轉(zhuǎn)化機械能和內(nèi)能（人體五分之四的熱能來自肌肉收縮），即人的重力勢能是通過消耗人體的生 物能來轉(zhuǎn)化來的。2、 測定運動員體能的一種裝置如圖，運動員質(zhì)量為M，繩拴在腰間沿水平方向跨過滑輪（不計摩擦），繩的另一端懸吊一質(zhì)量為m的重物，人向后蹬皮帶而不計人重心的移動，使傳送帶以勻速v向后運動，下列說法正確的是：（AD）A、傳送帶對人不做功B、傳送帶對人做負功C、人對傳送帶不做功D、人對傳送帶做正功的功率為 mgv分析：S受力作用點的第三種情況，人不看質(zhì)點，對腳局部處理，在腳蹬的過程中，接觸面粘住 相對不動，

10、是靜摩擦力，腳與地面產(chǎn)生位移，腳對傳送帶做正功，即人對傳送帶做正功，傳送帶對人做負功，此時人的重心前傾有運動，但下一步馬上用另一只腳撐住恢復重心，這一動作抵消前一腳的 功效應，使整體不動，但整個過程都是對傳送帶做正功。兩腳的交替作用在宏觀上被看作傳送帶對人 不做功，因為人系統(tǒng)整體沒有運動，亦即合外力沒有做功的表現(xiàn)，對這個整體是可以應用動能定理的， 重物拉力顯然沒有做功，則另一個平衡力靜摩擦力也只能不做功。一對力的功，可以是一個力做功而 另一個力不做功。根據(jù)功的概念中S受力作用點的第三種情況，簡單說，傳送帶不能看成質(zhì)點，腳給傳送帶的摩擦 力作用點不斷移動，各受力點均未發(fā)生位移，故傳送帶對人不做功

11、。本題是系統(tǒng)模型，人可以看作質(zhì) 點，但傳送帶不可以看作質(zhì)點。分析人受力情況，由質(zhì)心定理可知，人與傳送帶之間的靜摩擦力的大 小f=mg,所以，人對傳送帶做功的功率為：P= fv = mgv 。3、如下圖所示是健身用的“跑步機”示意圖，質(zhì)量為m的運動員踩在與水平面成a角的靜止皮帶上，運動員用力向后蹬皮帶，皮帶運動過程中受到的阻力恒為f。使皮帶以速度v勻速向后運動，則在運動過程中，下列說法正確的是（AD ）4#A、人腳對皮帶的摩擦力是皮帶運動的動力B、人對皮帶不做功C人對皮帶做功的功率為 mgvD人對皮帶做功的功率為 fv分析：同例2原理。綜上所述，在認知物理概念過程中，要善于發(fā)現(xiàn)問題，勇于提出問題，積極主動地開展猜想、歸 納與推理的活動，思考問題的本