與人的內(nèi)力做功有關(guān)的實際問題錯解剖析

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,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)化為人的動能?

  錯解: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)動能定理可知:靜摩擦力所做的功等于物體動能的增量,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。因為腳與地面之間存在靜摩擦力時,腳掌相對地面并沒有運動,作用在腳底的靜摩擦力并沒有使腳發(fā)生位移,而腳騰空向前運動時,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能定理只適用于一個可視為質(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(dāng)作一個質(zhì)點看待。從質(zhì)點組的動能定理來看:人在運動過程中內(nèi)力和外力做功之和等于人的動能的增量,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,如果地面的靜摩擦力做功,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(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,即人的動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?

  錯解:人在登樓時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,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。人在登樓時,不能把人看作一個質(zhì)點處理,從質(zhì)點組的動能定理來看,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,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點即力的作用點的位移,而不是物體所發(fā)生的位移。

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

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