張林

[摘? ?要]功是高中物理中的基本物理量，其看似簡(jiǎn)單，但是在解決實(shí)際問(wèn)題的時(shí)候?qū)W生經(jīng)常掉入各種陷阱之中。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)際從四個(gè)方面做了歸納總結(jié)，并輔以例題，以便教師和學(xué)生參考。

[關(guān)鍵詞]功;力;位移;陷阱

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2018）35-0052-01

高中物理教材是這樣定義功的，力作用在物體上，物體在力的方向上發(fā)生了位移，則力對(duì)物體做了功。從定義看，功應(yīng)該是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的物理量，一個(gè)看似簡(jiǎn)單的物理量卻是高中物理邁入能量問(wèn)題的第一步。在求解功的過(guò)程中學(xué)生時(shí)常會(huì)面臨很多疑惑，也會(huì)面對(duì)很多陷阱，本文從以下幾個(gè)方面談?wù)劰Φ那蠼膺^(guò)程中可能面對(duì)的幾個(gè)陷阱。

陷阱一：片面認(rèn)為功中的位移是物體所發(fā)生的位移。

從定義上可以看，做功必須具備兩個(gè)條件：一是力，二是物體在力的方向上發(fā)生了“位移”。是不是真的只要有力的作用，而且物體在力的方向上發(fā)生了位移，力就對(duì)物體做了功呢？

[例1]一個(gè)質(zhì)量為50千克的人沿著一根豎直的桿勻速上爬，當(dāng)這個(gè)人的重心上升了1米時(shí)，桿對(duì)人的摩擦力做了多少功？

在多年的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生基本都會(huì)利用公式計(jì)算：f = mg，W =f s，由此計(jì)算得出W=500 J。從表面上看確實(shí)沒(méi)有什么問(wèn)題，也符合功的定義，事實(shí)上桿對(duì)人的摩擦力做功為0，原因是力的作用點(diǎn)并沒(méi)有發(fā)生位移。

因此，定義中所說(shuō)的位移指的是力的作用點(diǎn)發(fā)生的位移，因?yàn)樵谇蠊Φ臅r(shí)候，多數(shù)情況下，把物體看成質(zhì)點(diǎn)，一般二者是一致的，但是有些功的計(jì)算中，物體是不能看成質(zhì)點(diǎn)的，此時(shí)就要考慮清楚力的作用點(diǎn)是否發(fā)生位移，又如：人走路的過(guò)程中，如果人與地面之間沒(méi)有打滑，人所受到的摩擦力對(duì)人也是不做功的。

陷阱二：認(rèn)為某個(gè)力做功時(shí)，位移是這個(gè)力使之發(fā)生位移。

在求解外力做功的過(guò)程中，還經(jīng)常會(huì)對(duì)力是否做功面臨這樣一個(gè)困惑，力作用在物體上，物體也生了位移，但是學(xué)生就是不愿意承認(rèn)那個(gè)力對(duì)物體做了功。

[例2]如圖1所示，人相對(duì)于車靜止不動(dòng)，用水平向左的100 N的力推車，在汽車向左運(yùn)動(dòng)3米的過(guò)程中，人對(duì)車的推力F所做的功（? ? ?） 。

A. 零? ? ? ? ?B. 300 J? ? ? ? C.-300 J? ? ? ? D.無(wú)法判斷

學(xué)生在解答這一問(wèn)題時(shí)，多數(shù)選擇了A，究其原因是學(xué)生認(rèn)為，如果車靜止，人是不能將車推動(dòng)的，車之所以發(fā)生了位移，是因?yàn)槠嚨陌l(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)汽車做了功，在此就暴露出學(xué)生對(duì)功的理解是有問(wèn)題的，一是認(rèn)為力對(duì)物體做功涉及的位移是由這個(gè)力使物體運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，二是錯(cuò)誤地認(rèn)為人對(duì)車的推力所做的功就是人對(duì)車所做的總功。

陷阱三：忽略公式成立的條件，盲目使用公式。

學(xué)生在求解功的問(wèn)題時(shí)，往往沒(méi)有注意功的適用條件，只是一味地使用公式計(jì)算。

[例3]一位同學(xué)水平拉著一質(zhì)量為10 kg的物體繞標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)勻速率運(yùn)動(dòng)一周，已知物體與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，則在此過(guò)程中拉力和摩擦力各做了多少功？（標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的周長(zhǎng)是400 m）剛接觸功時(shí)，學(xué)生就會(huì)毫不猶豫地得出結(jié)果，兩個(gè)力做功都為零，因?yàn)槲矬w的位移為0，但是在此過(guò)程中，拉力和摩擦力都是變力，而公式W=Fscosα成立的條件是恒力做功，因此不注意公式適用條件盲目套用公式是不行的。

陷阱四：不能仔細(xì)結(jié)合情景分析問(wèn)題。

[例4]如圖2所示，平板車放在光滑的水平面上，一個(gè)人從車的左端加速向右跑動(dòng)，設(shè)人受到的摩擦力為f，平板車受到的摩擦力為f′，下列說(shuō)法正確的是（ ）。

A. f 、 f′均做負(fù)功

B. f 、 f′均做正功

C. f′做正功、 f 做負(fù)功

D.應(yīng)為靜摩擦力， f 、 f′做功均為零

這道題其實(shí)在不少資料中都出現(xiàn)過(guò)，要么是所給的答案是錯(cuò)的，要么就是題目出錯(cuò)，其實(shí)說(shuō)白了，是我們出題教師沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題究竟是怎么回事。從實(shí)際分析來(lái)看，車所受的摩擦力向后，車向后運(yùn)動(dòng)，認(rèn)為人對(duì)它做正功，人所受的摩擦力向前，人的位移也向前，認(rèn)為摩擦力對(duì)人做正功，便選擇了B。其實(shí)仔細(xì)分析人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中腳相對(duì)于地面是向后運(yùn)動(dòng)的，因此摩擦力對(duì)人做負(fù)功，從另個(gè)角度分析也可以得出一樣的結(jié)論，即一對(duì)靜摩擦力做功的代數(shù)和為零，摩擦力對(duì)車做正功這是沒(méi)有問(wèn)題的，那么摩擦力對(duì)人就只能做負(fù)功了，所以答案應(yīng)該是C。

由此看來(lái)，功雖然簡(jiǎn)單，但是有關(guān)功的問(wèn)題在具體求解過(guò)程中還得好好結(jié)合功的定義、適用條件、物理情景以及求的是總功還是某一個(gè)力做功等問(wèn)題進(jìn)行分析，教師在物理教學(xué)過(guò)程中需要逐步將這些陷阱扒開，讓學(xué)生看清它們的真面目，這樣學(xué)生才能避免掉入陷阱之中。

（責(zé)任編輯? ?易志毅）