1、人走路靜摩擦力是不是做功？認(rèn)知物理概念 破解 “疑惑 ”余姚第七中學(xué) 張?chǎng)谓q 315450摘要：在 “人走路靜摩擦力是不是做功？”的幾個(gè)疑惑中認(rèn)知功的物理概念，在認(rèn)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(gè)疑惑。功的概念，認(rèn)知的關(guān)鍵是 S 物體受力作用 點(diǎn)的位移?！叭俗呗缝o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(dòng)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(xué)而無疑，是謂大忌。 ”又說： “疑者不安于故，而進(jìn)于新者也。 ”問題就是疑點(diǎn)。是指人 們?cè)谡J(rèn)知活動(dòng)中，經(jīng)常意識(shí)到一些難以解決或疑惑的實(shí)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(gè)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(rèn)識(shí)深化的階梯，是創(chuàng)造發(fā)明的先導(dǎo)。功是高中物理教學(xué)中的重、難點(diǎn)，也是歷來高考的熱點(diǎn)，對(duì)于在認(rèn)知“功”的概念過程中，學(xué)生 感到很難準(zhǔn)確、 靈活地解決實(shí)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(gè)疑惑中，看你對(duì)“功”的概念認(rèn)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(yùn)動(dòng)過程中， 受豎直方向的重力和支持力作用， 互相抵消， 同時(shí)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(dòng) 能定理可知：靜摩擦力所做的功等于物體動(dòng)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(dòng)能增加。分析 2、人在運(yùn)動(dòng)過程中，受靜摩擦力作用，使人體重心前移，而支持力與運(yùn)動(dòng)方向垂直，不是 使重心前移而做功的力 .。當(dāng)你向前傾身子時(shí)，腳雖然沒動(dòng)，但身體重心前移了。靜摩擦力對(duì)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?yàn)槟_與地面的接觸點(diǎn)沒有沿著地面方向移動(dòng)，只是在交接處地面的瞬間地面給了腳一個(gè)作用 力而已，故靜摩擦力不做功。那人的動(dòng)能哪兒來的呢？二、對(duì)功的概念理解深化 高中第一冊(cè)物理課本對(duì)功的定義

4、是“一個(gè)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(gè)力就對(duì)物體做了功” 。所以說在恒力的情況下物體沿直線運(yùn)動(dòng)， 則力所做的功等于力沿受力作用點(diǎn)位移方向的投影與受力作用點(diǎn)位移大小的乘積，公式FScosa?！叭俗呗缝o摩擦力是不是做功？”根據(jù)功的概念，我們來看上面幾個(gè)疑惑的來源，疑惑一1、2,處理靜摩擦力做功時(shí)把 S受力作用點(diǎn)的位移看成物體質(zhì)點(diǎn)的位移；疑惑二，處理靜摩擦力做功物體不 能看成質(zhì)點(diǎn)。產(chǎn)生疑惑的原因：在于你在認(rèn)知“功”的概念中，S受力作用點(diǎn)位移應(yīng)用條件（是：處理物體可否看成質(zhì)點(diǎn)）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?？纯碨受力作用點(diǎn)的位移處

5、理，其實(shí)它可分三種情況1、若受力物體可視作質(zhì)點(diǎn)，如圖 A的情況,則受力作用點(diǎn)位移即質(zhì)點(diǎn)位移；（如果物體在水平面上移動(dòng)了So,則拉力F所做的功：W=FSo ） 2、在物體不能簡(jiǎn)單地看作質(zhì)點(diǎn)的情況下，有時(shí)受力作用點(diǎn)位移與運(yùn)動(dòng)物體的位移不一致，圖B中的情況這時(shí)受力作用點(diǎn)位移指將受力部位視為質(zhì)點(diǎn)時(shí)該質(zhì)點(diǎn)的位移；（如果物體在水平面上移動(dòng)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(diǎn)不意味受力作用點(diǎn)位 移，圖C中，手握住一端固定于墻壁的繩并在繩上滑動(dòng)，繩上不同點(diǎn)順序充當(dāng)摩擦力的受力點(diǎn)，但各 受力點(diǎn)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?yàn)樘幚磉@個(gè)做功時(shí)，人不 能看成質(zhì)點(diǎn)，人不能整體受力處理，根據(jù)功的概念中s受力作用點(diǎn)的第三種情況，對(duì)腳局部處理，腳與地面之間存在靜摩擦力時(shí)，腳掌與地面之間并沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)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(dòng)能定理 中只適用于一個(gè)可視為

7、質(zhì)點(diǎn)的物體，而人在運(yùn)動(dòng)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(dāng)作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)看待。從質(zhì)點(diǎn)組的動(dòng)能定理角度來看：人在運(yùn)動(dòng)過程中內(nèi)力和外力做功之和 等到于人的動(dòng)能的增量，而外力不做功，因此人在跑步時(shí)，內(nèi)力做功等于人的動(dòng)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(shí)上地面不可能給人提供能量， 因此地面不可能對(duì)人做功。事實(shí)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(xué)能轉(zhuǎn) 化機(jī)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(dòng)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(jiǎn)單的對(duì)“功”概念和公式的認(rèn)識(shí)和應(yīng)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(duì)這類問題都可迎忍而解。1、人由一樓勻速走到五樓，地面對(duì)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(shì)能？ 分析：從做功的角度來看， S受力作用點(diǎn)的第三種情況，不能把人看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)處理，對(duì)腳局部處理，地面對(duì)腳底有支持力時(shí)，腳沒有發(fā)生位移，腳騰空向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，支持力消失，故支持力不做功。 那人的重力勢(shì)能從哪兒來的呢？從質(zhì)點(diǎn)組的動(dòng)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(dòng)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(shí)上地面不可能給人提

9、 供能量，因此地面不可能對(duì)人做功。事實(shí)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(xué)能轉(zhuǎn)化機(jī)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(shì)能是通過消耗人體的生 物能來轉(zhuǎn)化來的。2、 測(cè)定運(yùn)動(dòng)員體能的一種裝置如圖，運(yùn)動(dòng)員質(zhì)量為M，繩拴在腰間沿水平方向跨過滑輪（不計(jì)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(jì)人重心的移動(dòng)，使傳送帶以勻速v向后運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是：（AD）A、傳送帶對(duì)人不做功B、傳送帶對(duì)人做負(fù)功C、人對(duì)傳送帶不做功D、人對(duì)傳送帶做正功的功率為 mgv分析：S受力作用點(diǎn)的第三種情況，人不看質(zhì)點(diǎn)，對(duì)腳局部處理，在腳蹬的過程中，接觸面粘住 相對(duì)不動(dòng)，

10、是靜摩擦力，腳與地面產(chǎn)生位移，腳對(duì)傳送帶做正功，即人對(duì)傳送帶做正功，傳送帶對(duì)人做負(fù)功，此時(shí)人的重心前傾有運(yùn)動(dòng)，但下一步馬上用另一只腳撐住恢復(fù)重心，這一動(dòng)作抵消前一腳的 功效應(yīng)，使整體不動(dòng)，但整個(gè)過程都是對(duì)傳送帶做正功。兩腳的交替作用在宏觀上被看作傳送帶對(duì)人 不做功，因?yàn)槿讼到y(tǒng)整體沒有運(yùn)動(dòng)，亦即合外力沒有做功的表現(xiàn)，對(duì)這個(gè)整體是可以應(yīng)用動(dòng)能定理的， 重物拉力顯然沒有做功，則另一個(gè)平衡力靜摩擦力也只能不做功。一對(duì)力的功，可以是一個(gè)力做功而 另一個(gè)力不做功。根據(jù)功的概念中S受力作用點(diǎn)的第三種情況，簡(jiǎn)單說，傳送帶不能看成質(zhì)點(diǎn)，腳給傳送帶的摩擦 力作用點(diǎn)不斷移動(dòng)，各受力點(diǎn)均未發(fā)生位移，故傳送帶對(duì)人不做功

11、。本題是系統(tǒng)模型，人可以看作質(zhì) 點(diǎn)，但傳送帶不可以看作質(zhì)點(diǎn)。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(duì)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(jī)”示意圖，質(zhì)量為m的運(yùn)動(dòng)員踩在與水平面成a角的靜止皮帶上，運(yùn)動(dòng)員用力向后蹬皮帶，皮帶運(yùn)動(dòng)過程中受到的阻力恒為f。使皮帶以速度v勻速向后運(yùn)動(dòng)，則在運(yùn)動(dòng)過程中，下列說法正確的是（AD ）4#A、人腳對(duì)皮帶的摩擦力是皮帶運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力B、人對(duì)皮帶不做功C人對(duì)皮帶做功的功率為 mgvD人對(duì)皮帶做功的功率為 fv分析：同例2原理。綜上所述，在認(rèn)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(dòng)地開展猜想、歸 納與推理的活動(dòng)，思考問題的本