與人的內(nèi)力做功有關(guān)的實(shí)際問題錯(cuò)解剖析

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)


  例題1:人在水平地面上加速跑步時(shí),人受到的向前的靜摩擦力是否對人做功?是什么形式的能轉(zhuǎn)化為人的動(dòng)能?

  錯(cuò)解: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)受到向前的靜摩擦力,人在靜摩擦力方向上發(fā)生了位移,并且力與位移方向相同,故靜摩擦力對人做正功,根據(jù)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,故從功和能的關(guān)系角度看,地面給人提供能量,使人的動(dòng)能增加。

  分析:人在跑步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,但從做功的角度來看,靜摩擦力并不做功。因?yàn)槟_與地面之間存在靜摩擦力時(shí),腳掌相對地面并沒有運(yùn)動(dòng),作用在腳底的靜摩擦力并沒有使腳發(fā)生位移,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。到底是什么力做功使人的動(dòng)能增加?要弄清這一問題,首先必須明確高中物理教材中敘述的動(dòng)能定理只適用于一個(gè)可視為質(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)能定理來看:人在運(yùn)動(dòng)過程中內(nèi)力和外力做功之和等于人的動(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,如果地面的靜摩擦力做功,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)化為機(jī)械能,即人的動(dòng)能是通過消耗人體的化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來的。

  例題2: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?

  錯(cuò)解:人在登樓時(shí)受到豎直向上的支持力和豎直向下的重力,人的位移方向與支持力方向相同,故支持力做正功,重力做負(fù)功,地面提供能量轉(zhuǎn)化為人的重力勢能。

  分析:從做功的角度來看,人在登樓時(shí),地面對腳底有支持力時(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。人在登樓時(shí),不能把人看作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)處理,從質(zhì)點(diǎn)組的動(dòng)能定理來看,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)力做功與重力做功之和為零,這說明人的身體各部分之間的內(nèi)力做正功。因此人的內(nèi)力做功,從而把人體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化機(jī)械能,即人的重力勢能是通過消耗人體的化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來的。值得注意的是若人站在勻速上升的電梯中由一樓到五樓,則電梯對人的支持力做功,但人的內(nèi)力不做功,這與上述例子有本質(zhì)的區(qū)別。

  小結(jié):(1)用功的公式求功時(shí),必須明確功的公式 中的 、 的含義, 表示作用在物體上的力, 表示力作用在物體上的那個(gè)點(diǎn)即力的作用點(diǎn)的位移,而不是物體所發(fā)生的位移。

 。2)用動(dòng)能定理求功時(shí),必須明確高中物理課本上的動(dòng)能定理只適用于可視為質(zhì)點(diǎn)的物體,人在跑步、上樓時(shí),不能把人看作質(zhì)點(diǎn),必須用質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)能定理求解,即質(zhì)點(diǎn)組所受外力和內(nèi)力做功的代數(shù)和等于質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)能的增量,這與質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)量定理(質(zhì)點(diǎn)組合外力的沖量等于質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)量的增量)不同。

  來源:江西教師網(wǎng)


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