“人走路静摩擦力是不是做功？

1、人走路静摩擦力是不是做功？认知物理概念 破解 “疑惑 ”余姚第七中学 张鑫绒 315450摘要：在 “人走路静摩擦力是不是做功？”的几个疑惑中认知功的物理概念，在认知功的物理概 念中，破解“人走路静摩擦力是不是做功？”的几个疑惑。功的概念，认知的关键是 S 物体受力作用 点的位移。“人走路静摩擦力是不是做功？”答案是静摩擦力不做功，分析原因及人动能的来源，例举 类同问题并轻易解决。关键词： 静摩擦力 功 位移古人说： “学而无疑，是谓大忌。 ”又说： “疑者不安于故，而进于新者也。 ”问题就是疑点。是指人 们在认知活动中，经常意识到一些难以解决或疑惑的实际问题及理论问题，并产生一种怀疑、困惑、

2、 焦虑、探索的心理状态，这种心理又驱使个体积极思维，不断提出问题和解决问题。可以说，问题是 除旧布新的桥梁，是认识深化的阶梯，是创造发明的先导。功是高中物理教学中的重、难点，也是历来高考的热点，对于在认知“功”的概念过程中，学生 感到很难准确、 灵活地解决实际问题， 老师也感到非常棘手。 我们就从 “ 人走路静摩擦力是不是做功？” 的几个疑惑中，看你对“功”的概念认知多少。一、疑惑：矛盾的静摩擦力做功“人走路静摩擦力是不是做功？” 疑惑一：静摩擦力做功。分析 1、人在运动过程中， 受竖直方向的重力和支持力作用， 互相抵消， 同时受到向前静摩擦力， 人在静摩擦力方向发生了位移，并且方向相同，故静

3、摩擦力做正功。并根据高一物理教材中描述的动 能定理可知：静摩擦力所做的功等于物体动能的增量，根据功和能的关系，地面给人提供能量，使人 的动能增加。分析 2、人在运动过程中，受静摩擦力作用，使人体重心前移，而支持力与运动方向垂直，不是 使重心前移而做功的力 .。当你向前倾身子时，脚虽然没动，但身体重心前移了。静摩擦力对你做的功 就等于静摩擦力的大小乘以身子重心前移的距离 。故静摩擦力做正功疑惑二：静摩擦力不做功。 因为脚与地面的接触点没有沿着地面方向移动，只是在交接处地面的瞬间地面给了脚一个作用 力而已，故静摩擦力不做功。那人的动能哪儿来的呢？二、对功的概念理解深化 高中第一册物理课本对功的定义

4、是“一个物体受到力的作用，如果在力的方向上发生一段位移， 这个力就对物体做了功” 。所以说在恒力的情况下物体沿直线运动， 则力所做的功等于力沿受力作用点位移方向的投影与受力作用点位移大小的乘积，公式FScosa。“人走路静摩擦力是不是做功？”根据功的概念，我们来看上面几个疑惑的来源，疑惑一1、2,处理静摩擦力做功时把 S受力作用点的位移看成物体质点的位移；疑惑二，处理静摩擦力做功物体不 能看成质点。产生疑惑的原因：在于你在认知“功”的概念中，S受力作用点位移应用条件（是：处理物体可否看成质点）的掌握是确定做功情况的关键，也是破解“人走路静摩擦力是不是做功？ ”的 关键。看看S受力作用点的位移处

5、理，其实它可分三种情况1、若受力物体可视作质点，如图 A的情况,则受力作用点位移即质点位移；（如果物体在水平面上移动了So,则拉力F所做的功：W=FSo ） 2、在物体不能简单地看作质点的情况下，有时受力作用点位移与运动物体的位移不一致，图B中的情况这时受力作用点位移指将受力部位视为质点时该质点的位移；（如果物体在水平面上移动了 So,则拉力F所做的功：W=2FS o,这里S是受力部位的位移，S= 2So） 3、更换受力作用点不意味受力作用点位 移，图C中，手握住一端固定于墙壁的绳并在绳上滑动，绳上不同点顺序充当摩擦力的受力点，但各 受力点均未发生位移，故作用于绳的摩擦力不做功三、破解疑惑“人

6、走路静摩擦力是不是做功？”正确答案：静摩擦力不做功。分析：人在走路过程中虽然受到竖直方向的重力和支持力、水平方向向前的静摩擦力，并且静摩擦力方向与人的位移方向一致。从做功的角度来看，静摩擦力并不做功。因为处理这个做功时，人不 能看成质点，人不能整体受力处理，根据功的概念中s受力作用点的第三种情况，对脚局部处理，脚与地面之间存在静摩擦力时，脚掌与地面之间并没有相对运动，作用在脚底的摩擦力并没有使脚发生 位移，静摩擦力不做功；而脚腾空向前运动时，脚底与地面之间静摩擦力消失，静摩擦力又不做功。至U底是什么力做功使人的动能增加？要弄清这一问题，首先必须明确高中教材中描述的动能定理 中只适用于一个可视为

7、质点的物体，而人在运动过程中人的手、脚、躯干等部分通过肌肉收缩相互作 用，人不能当作一个质点看待。从质点组的动能定理角度来看：人在运动过程中内力和外力做功之和 等到于人的动能的增量，而外力不做功，因此人在跑步时，内力做功等于人的动能的增量。从功和能 的关系角度看，如果地面的摩擦力做功，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 化机械能和内能（人体五分之四的热能来自肌肉收缩），即人的动能是通过消耗人体的生物能来转化来的。要破解疑惑，并不是简单的对“功”概念和公式的认识和应用，而是要深刻理解和掌

8、握。四、疑惑的延伸破解疑惑，掌握功的概念，对这类问题都可迎忍而解。1、人由一楼匀速走到五楼，地面对人的支持力是否做功？是什么形式的能转化为人的重力势能？ 分析：从做功的角度来看， S受力作用点的第三种情况，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？从质点组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

9、 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。2、 测定运动员体能的一种装置如图，运动员质量为M，绳拴在腰间沿水平方向跨过滑轮（不计摩擦），绳的另一端悬吊一质量为m的重物，人向后蹬皮带而不计人重心的移动，使传送带以匀速v向后运动，下列说法正确的是：（AD）A、传送带对人不做功B、传送带对人做负功C、人对传送带不做功D、人对传送带做正功的功率为 mgv分析：S受力作用点的第三种情况，人不看质点，对脚局部处理，在脚蹬的过程中，接触面粘住 相对不动，

10、是静摩擦力，脚与地面产生位移，脚对传送带做正功，即人对传送带做正功，传送带对人做负功，此时人的重心前倾有运动，但下一步马上用另一只脚撑住恢复重心，这一动作抵消前一脚的 功效应，使整体不动，但整个过程都是对传送带做正功。两脚的交替作用在宏观上被看作传送带对人 不做功，因为人系统整体没有运动，亦即合外力没有做功的表现，对这个整体是可以应用动能定理的， 重物拉力显然没有做功，则另一个平衡力静摩擦力也只能不做功。一对力的功，可以是一个力做功而 另一个力不做功。根据功的概念中S受力作用点的第三种情况，简单说，传送带不能看成质点，脚给传送带的摩擦 力作用点不断移动，各受力点均未发生位移，故传送带对人不做功

11、。本题是系统模型，人可以看作质 点，但传送带不可以看作质点。分析人受力情况，由质心定理可知，人与传送带之间的静摩擦力的大 小f=mg,所以，人对传送带做功的功率为：P= fv = mgv 。3、如下图所示是健身用的“跑步机”示意图，质量为m的运动员踩在与水平面成a角的静止皮带上，运动员用力向后蹬皮带，皮带运动过程中受到的阻力恒为f。使皮带以速度v匀速向后运动，则在运动过程中，下列说法正确的是（AD ）4#A、人脚对皮带的摩擦力是皮带运动的动力B、人对皮带不做功C人对皮带做功的功率为 mgvD人对皮带做功的功率为 fv分析：同例2原理。综上所述，在认知物理概念过程中，要善于发现问题，勇于提出问题，积极主动地开展猜想、归 纳与推理的活动，思考问题的本