力做功和物体做功

力做功和物体做功

陕西省宝鸡市陈仓区虢镇中学 赵乖文

在教学内容进行到“功”的部分有关静摩擦力做功的问题时,有同学提出一个问题:“百米运动员在加速起跑阶段,地面有没有给运动员做功?”

这个问题一提出,马上引来激烈的争论。学生大致分为两派:一派认为,地面给运动员做了功,因为运动员在加速阶段要受到地面给他静摩擦力的作用,这个静摩擦力即为运动员受到的合外力,运动员动能增加的量就等于静摩擦力给运动员做的功,也就是地面给运动员做了正功;另一派认为,运动员加速过程中,受到了地面给运动员静摩擦力的作用,但是由于地面的位移为零,所以摩擦力给运动员不做功。

乍看起来,两派似乎说的都有道理。我们暂且不去讨论谁对谁错,我们知道,功是能量转化的量度,即:力做的功的值等于相应的能量的转化的值。那么在运动员加速过程中,能量的转化和物体做功之间有怎样的关系呢?只要弄清了这个问题,那么上面的问题也就迎刃而解了。

我们不妨先来讨论另一个题,从中可以得到关于上题分析的启示。

一人坐在一小船内,通过轻绳与岸上的卷扬机相连,船到岸的距离为d,船受到水的阻力恒为f。

①若卷扬机不转动,人收绳,使船仍以速度v匀速靠岸:在船靠岸的过程中,由于船做匀速运动,则有,拉力F做的功为:W=F S=f S,这个过程中,力的做功事实上是通过人做功来实现的。也就是说,是由受力物体对自己做功的,做功的值等于fS。人体内的化学能转化为机械能,最后转化为内能。

②若卷扬机转动,人拉着绳但不收绳,使船仍以速度v匀速靠岸:在此过程中,船

和人的整体受力和上一过程中完全相同。即,拉力F

对船人整体做功仍然为

。但与上面不同的是,人虽然拉着绳,受到绳的拉力和刚才相同.但我

们也不难发现,人在这儿仅仅起固定绳子端点的作用。也就是说和把绳子固定在船头没有本质差别。人其实没有做功,而是由卷扬机来对船和人的整体做功。即,如果我们把绳子看做媒介的话,施力物体将成为卷扬机,是由卷扬机来做功的做的功为

即电能转化为机械能,最后转化为内能的。

③.若卷扬机转动,人也匀速收绳.船仍然以速度 匀速靠岸.在此过程中,拉力对

船和人的整体做功仍然为。由上面的论述不难看出。人对船和人的整卷扬机

,即表示力对物体体做功不为零,卷扬机对船和人的整体做功也不为零。假设人收绳的长度为收绳的长度为

则必有

而人做功

,也可以转化为:做功,表示施力物体做的功,卷扬机做功为

(表示受力物体做的功),通过这种表示,把力做功问题转化为物体做功问题。

回过头去再看地面对百米运动员的做功问题,已经变得很简单了,之所以两派能相互激烈争论,其原因就在于都在用力的做功去解决物体做功问题,而不能准确的反映做功过程,从而导致错误或缺乏说服力。分清力做功和物体做功的关系,结论自然得出:

在运动员加速过程中,摩擦力对运动员做功身做功

力对物体做功和物体对物体做功是统一过程的不同表现形式,即:力的做功是通过物体做功完成的。而具体到某一过程中,力的做功究竟是通过哪个( 或哪些)物体做功来完成的,我们要结合能的转化来进行分析。 若题目涉及到物体做功的问题,可以

通过

=

+

(

表示力对物体做功,表示施力物体做的功表示受则=+,地面对运动员做功,则

,运动员自= 。 ,由于地面对运动员无能量转化力物体做的功)表达式,把力做功转化为物体做功再来解决。

力做功和物体做功

陕西省宝鸡市陈仓区虢镇中学 赵乖文

在教学内容进行到“功”的部分有关静摩擦力做功的问题时,有同学提出一个问题:“百米运动员在加速起跑阶段,地面有没有给运动员做功?”

这个问题一提出,马上引来激烈的争论。学生大致分为两派:一派认为,地面给运动员做了功,因为运动员在加速阶段要受到地面给他静摩擦力的作用,这个静摩擦力即为运动员受到的合外力,运动员动能增加的量就等于静摩擦力给运动员做的功,也就是地面给运动员做了正功;另一派认为,运动员加速过程中,受到了地面给运动员静摩擦力的作用,但是由于地面的位移为零,所以摩擦力给运动员不做功。

乍看起来,两派似乎说的都有道理。我们暂且不去讨论谁对谁错,我们知道,功是能量转化的量度,即:力做的功的值等于相应的能量的转化的值。那么在运动员加速过程中,能量的转化和物体做功之间有怎样的关系呢?只要弄清了这个问题,那么上面的问题也就迎刃而解了。

我们不妨先来讨论另一个题,从中可以得到关于上题分析的启示。

一人坐在一小船内,通过轻绳与岸上的卷扬机相连,船到岸的距离为d,船受到水的阻力恒为f。

①若卷扬机不转动,人收绳,使船仍以速度v匀速靠岸:在船靠岸的过程中,由于船做匀速运动,则有,拉力F做的功为:W=F S=f S,这个过程中,力的做功事实上是通过人做功来实现的。也就是说,是由受力物体对自己做功的,做功的值等于fS。人体内的化学能转化为机械能,最后转化为内能。

②若卷扬机转动,人拉着绳但不收绳,使船仍以速度v匀速靠岸:在此过程中,船

和人的整体受力和上一过程中完全相同。即,拉力F

对船人整体做功仍然为

。但与上面不同的是,人虽然拉着绳,受到绳的拉力和刚才相同.但我

们也不难发现,人在这儿仅仅起固定绳子端点的作用。也就是说和把绳子固定在船头没有本质差别。人其实没有做功,而是由卷扬机来对船和人的整体做功。即,如果我们把绳子看做媒介的话,施力物体将成为卷扬机,是由卷扬机来做功的做的功为

即电能转化为机械能,最后转化为内能的。

③.若卷扬机转动,人也匀速收绳.船仍然以速度 匀速靠岸.在此过程中,拉力对

船和人的整体做功仍然为。由上面的论述不难看出。人对船和人的整卷扬机

,即表示力对物体体做功不为零,卷扬机对船和人的整体做功也不为零。假设人收绳的长度为收绳的长度为

则必有

而人做功

,也可以转化为:做功,表示施力物体做的功,卷扬机做功为

(表示受力物体做的功),通过这种表示,把力做功问题转化为物体做功问题。

回过头去再看地面对百米运动员的做功问题,已经变得很简单了,之所以两派能相互激烈争论,其原因就在于都在用力的做功去解决物体做功问题,而不能准确的反映做功过程,从而导致错误或缺乏说服力。分清力做功和物体做功的关系,结论自然得出:

在运动员加速过程中,摩擦力对运动员做功身做功

力对物体做功和物体对物体做功是统一过程的不同表现形式,即:力的做功是通过物体做功完成的。而具体到某一过程中,力的做功究竟是通过哪个( 或哪些)物体做功来完成的,我们要结合能的转化来进行分析。 若题目涉及到物体做功的问题,可以

通过

=

+

(

表示力对物体做功,表示施力物体做的功表示受则=+,地面对运动员做功,则

,运动员自= 。 ,由于地面对运动员无能量转化力物体做的功)表达式,把力做功转化为物体做功再来解决。


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