高中物理论文 公式_W=FLcosθ的六种内在特性.doc
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1、公式的六种内在特性摘要:关于力做功的问题讨论得多,特别是对复杂系统中力做功的问题常有争议。无论是物理概念还是物理规律,理解其内含和外延都是至关重要的,对功的理解同样如此。本文根据功的内含和外延,指出功的六种内在特性,对机械能的教和学都十分有益。关键词:功,定义式,内在特性,正确运用做功是能量转化的过程,功是能量转化的量度,所以,功在机械能的教学中具有十分重要的地位。从能量转化的角度看,如果在力的作用下物体的能量发生了变化,那么这个力一定对物体做了功;从运动的角度看,一个物体受到力的作用并在力的方向上发生了一段位移,则这个力一定对物体做了功。根据功的定义有。关于力做功的问题讨论得多,特别是对复杂
2、系统中力做功的问题常有争议。其实,无论是物理概念还是物理规律,理解其内含和外延都是至关重要的,对功的理解同样如此。根据功的定义和定义式,品昧功的内含和外延,不难发现功的六种内在特性,理解这些特性对机械能的教和学都十分有益。1、力F的恒定性只能用于计算恒力(大小和方向都不变的力)做的功。例1如图1所示,半径为R的1/4圆弧轨道与水平轨道相连,质量为m的小物体从圆弧顶点自由滑下,在水平面上滑行l后停下,物体与接触面间的动摩擦因数均为。求圆弧轨道对物体所做的功。l图1解析:由于物体在圆弧轨道上运动时所受的摩擦力是变力,故不能用功的定义式来求功,可用动能定理求解。物体在运动过程中,重力做正功、摩擦力做
3、负功、支持力不做功,根据动能定理有:解得即为圆弧轨道对小物体做的功。2、位移l的质点性(l是质点的位移)严格地说,“力对物体做功”应表述为“力对质点做功”。因为高中阶段的研究对象是质点,所以物体的位移与受力作用的质点的位移是一致的。但在复杂系统中涉及力做功的问题时往往超出了质点的范畴,由于不能正确区分质点与物体的差别,就导致了解题错误。例2如图2 所示,平板车放在光滑的水平面上,一个人从车的左端加速向右跑动。设人受到的摩擦力为f,车受到的摩擦力为,则下列说法正确的是( )Af、均做负功 B. f、均做正功Cf做负功,做正功 D. f、做功都为零图2错解:人加速向右跑动时,车对人的摩擦力f方向向
4、右,人对地的位移也向右,所以f对人做正功;人对车的摩擦力方向向左,车的位移也向左,所以对车做正功,故B正确。解析:显然上述解答与“一对相互作用的静摩擦力所做功的代数和为零”这一熟知的结论相悖。当人加速向右跑动时,人对车的摩擦力方向向左,车的位移也向左(车可以看作质点),所以对车做正功;对跑动过程的人不能看作质点(因为人体各部分的运动情况不同),车对人的摩擦力作用在脚上,人的位移不等于脚的位移,实际上,当脚向后蹬车(不滑动)时脚与车之间的相对位移为零,脚随车一起向左移动,即脚对地的位移方向向左,而脚受到的摩擦力向右,所以f对人做负功,故正确答案应为C。点评:在错解中混淆了质点的位移和物体的位移,
5、错误地理解了定义式中位移l的内含。一对相互作用的静摩擦力所做功的代数和总是为零,那么人在跑动时获得的动能是从哪里来的呢?这是因为,人跑动时双脚交替运动,不断地消耗体能,使人的生化能转化为人的动能,这就是人在跑动时会感到很累的原因。3、力F与位移l的同时性力和物体在力的方向上的位移是做功的两个必要因素,这两个因素必须具备同时性。例3一学生用100N的力将质量为0.5kg的球以8m/s的初速度沿水平方向踢出20m远,这个学生对球做了多少功?错解:。解析:以上解答显然是错误的(但学生常犯这种错误)。该学生并不能将100N的力持续作用在球上并随球移动20m的距离(没这么长的腿),所以100N的力与20
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