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关于质点用质点系动能定理解决高中物理中几个疑难理由

收藏本文 2024-02-03 点赞:6228 浏览:15767 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘 要:高中物理教学中会遇到仅用中学物理知识无法解决的问题,这时就需要教师给学生渗透一些大学物理知识,才能将疑难问题既讲得生动活泼,又不犯科学性错误,也会进一步激发学生学习的兴趣。如用质点系的动能定理解决高中物理中几个疑难问题。
关键词:高中物理;质点系;动能定理

一、质点系的动能定理

1.质点系的动能:质点系内各质点的动能之和叫做质点系的动能

2.质点系的动能定理:质点系动

摘自:学术论文翻译www.udooo.com

能的增量在数值上等于一切外力所做功与一切内力所做功的代数和

二、疑难问题

(1)人在水平路面上加速走路时,地面对人的静摩擦力做功吗?
错误分析:对人利用动能定理,人的动能增加,所以地面对人的静摩擦力做正功。
正确分析:人和地面的接触点有静摩擦力时没位移,有位移时静摩擦力为零,故地面对人的静摩擦力不做功。或一对静摩擦力做功之和为零,人对地面的静摩擦力对地面不做功,所以地面对人的静摩擦力也不做功。
讨论:虽然正确分析说得很清楚,但还有很多学生不能接受,为了排除学生的疑惑,引入质点系的动能定理加以说明。错误分析错的原因是错在把人视为质点,对一个质点利用了动能定理。人在地面上加速行走,动能增加不是外力做功导致的结果,而是人自身内力做功导致人的动能增加。
(2)人由一楼匀速走到五楼,地面对人的支持力是否做功?人的重力势能从何而来?
分析:从做功的角度来看,不能把人看作一个质点处理,对脚局部处理,地面对脚底有支持力时,脚没有发生位移,脚腾空向上运动时,支持力消失,故支持力不做功。那人的重力势能从哪儿来的呢?要说明本问题必须从质点系的动能定理角度来看,人所受外力和身体各部分之间内力做功之和等于人的动能增量,即内力做功与重力做功之和为零,这说明人的身体各部分之间的内力做正功,从功和能的关系角度,如果地面的支持力做功,则地面必然给人提供能量,事实上地面不可能给人提供能量,因此地面不可能对人做功。事实上是肌肉收缩做功,也就是人的内力做功从而把人体内的化学能转化为机械能和内能(人体五分之四的热能来自肌肉收缩),即人的重力势能是通过消耗人体的生物能来转化来的。
但是在教学过程中学生也很难理解,有的学生问人的动能从何而来,此时高中物理知识就无法解释,必须引入质点系的动能定理加以说明,人的动能增加来源于人的内力做功,将人的生物化学能转化为人的动能。
(5)机车的牵引力是地面对车的静摩擦力吗?
牵引力一词在高中物理教学中常常提到,是指机车、汽车等自身向前的动力。教学中多次遇到牵引力使机车动量增加的问题;牵引力对机车做功的问题。很多参考书在解释牵引力时总把它说成是地面对机车的静摩擦力。但是地面对机车的静摩擦力不做功,显然静摩擦力是牵引力的说法是不正确的。但在回答牵引力使机车动量增加的问题时,内力又不能使机车动量增加,只有静摩擦力才能使机车动量增加,这里又是个矛盾。要回答牵引力到底是什么,必须从它使机车动量增加和做功两个方面来分析,也就是说牵引力是使机车动量增加和对汽车做功的等效力,是按效果命名的力。它是内力和外力共同作用的结果,它既有内力也有外力,不应该考虑成非此即彼的关系,牵引力具有内力和静摩擦力的双重效果。机车动量增加的直接原因是静摩擦力,但根本原因是内力,没有发动机内力提供力矩就产生不了静摩擦力,也就无机车动量增加;反过来只有驱动力矩,地面不足以提供静摩擦力(如摩擦因数太小),汽车就会打滑,不能把内力全部转变成使机车动量增加的静摩擦力。同样,对机车动能变化来说,虽然静摩擦力不做功,但它能帮助在内力作用下的车轮滚动前进,使内力对车身做功,如果静摩擦力不足,车轮打滑,只能使轮子转速提高,不能使机车整体动能增加。
在讲解此问题时,应给学生说明质点系的动能定理,以便学生更好地理解。
三、总结
高中物理中的动能定理只适用于单个质点,对质点系的动能定理课本没有介绍,但在高中物理教学中,试题中常常出现多个质点在一起的情况,如果对每个质点都去用动能定理,这样问题很复杂,如果在复习单个质点动能定理的基础上介绍质点系动能定理,既符合学生的认知规律,也符合学生的身心发展特点,学生很容易接受。把动能定理的适用范围推广到系统,得出质点组动能定理的内容,然后用质点系动能定理来解某些疑难问题就很方便。
参考文献:
漆安慎,杜婵英.力学(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2004.
王双有.牵引力就是摩擦力吗[J].物理教师,1998.
[3]王猛.“关于一对静摩擦力做功的讨论”之我见[J].中学物理,2011.
(作者单位 陕西师范大学物理学与信息技术学院)

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