正确区分高中物理中的摩擦力做的功和摩擦生的热

2020-03-18 16:40贺佳
知识窗·教师版 2020年1期
关键词:摩擦力

贺佳

摘要:摩擦力做的功和摩擦生的热是高中学生很容易混淆的两个物理概念,很多学生不能正确区别,在考试中经常出错。基于此,本文从摩擦力做的功和摩擦生的热的性质、所属对象和计算方法等角度进行论述,以便学生更好地理解并掌握这一知识点。

关键词:摩擦力   做功   生热   相对位移

高中物理中有许多看上去差不多实则差别很大的概念,学生若不加以区分,很容易出错,导致考试失分。这种情况往往不容易引起学生的重视,考试中做错了,丢分了,很多学生也只是简单归纳为粗心,没有看清题目,认为只要下次考试时注意点就可以避免。

如在教学“速度变化量的大小”和“速度大小的变化量”时,学生乍一看觉得这两个概念是一回事,但实际上它们的区别很大。第一,前者是末速度和初速度通过三角形定则进行矢量相减后得到的速度大小,后者是末速度和初速度进行简单数值上的相减后的速度大小;第二,前者取决于加速度和时间,在匀变速运动中,它与时间成正比,而后者则不一定;第三,前者可能会比初速度和末速度大,而后者必然小于初速度和末速度中较大的那个。在单向直线运动中,两者算出来的大小是一样的,但若存在反向或曲线运动,两者就会相差很大。

在高中物理必修二中,学生比较容易混淆的两个概念是“摩擦力做的功”和“摩擦生的热”。

首先,“功”和“热量”是两个完全不同的概念,虽然两者在单位上一样,但“功”不能转化为“热量”或“能量”。在高中物理教中,笔者曾遇到这样一个问题:一个物体在拉力作用下做加速运动,此时拉力做了正功,物体的动能也就增加了。很多学生认为这是拉力做的功,转化为物体的动能了。其实并非如此,“功”和“能”是两个完全不同的概念,两者之间不能相互转化。做功是能量转化的途径,各种能量之间通过做功来实现相互转化,且物体做了多少功,就有多少能量转化。功只是能量之间的一种媒介,最终还是能量与能量之间发生转化。

其次,摩擦力做的功属于单个物体,而摩擦生的热则属于整个系统。因此,计算摩擦力做的功时,学生要看清楚题目问的是摩擦力对哪个物体做的功,解题时就应选那个物体作为研究对象,而计算摩擦生的热一定是以整个系统作为研究对象。摩擦力都是成对出现的,两个摩擦力会分别对两个物体做功,而摩擦生的热只有一个。

再次,在计算摩擦力做的功时,学生要注意判断清楚物体所受摩擦力和位移的方向。因为摩擦力做的功可能是正功,也可能是负功,这取决于摩擦力和位移的方向是否相同,两者方向相同的摩擦力叫作正功,两者方向相反的摩擦力叫作负功,而计算摩擦生的热则不需要判断。由于摩擦力做功有正负之分,有摩擦力对物体做功,物体的机械能不一定减少。当摩擦力对物体做正功时,物体的机械能是增加的,而系统内有摩擦生热时,系统的机械能一定会减少,摩擦生的热即为机械能的减少量。因此,摩擦生的热一定为正值,这也是计算摩擦生热时不需要判断摩擦力和位移方向的原因。

最后,计算摩擦力做的功用的是物体相对于地面的位移,而计算摩擦生的热用的是物体间的相对位移。前者是以地面为参考系,计算摩擦力对哪个物体做的功,就应该用哪个物体的位移。而后者以其中一个物体为参考,是另一个物体的位移,或者两个物体相对于地面位移的矢量差。当两个物体都发生了位移时,不一定有相对位移,可能两个物体始终以相同的速度向前运动。这时,它们的摩擦力为静摩擦力,相对位移为零,也就没有摩擦生热。两物体间有相对位移时,不一定两物体都发生了位移,可能其中一个静止,另一个运动了。这时,摩擦力对静止的物体没有做功。

总之,摩擦力做的功与摩擦生的热看上去很相似,但实则差别很大。学生只有掌握了它們之间的区别和联系,才能在今后的考试中不会因为概念没弄清楚而失分。

参考文献:

[1]季钟,姜胜,吴菊新.关于摩擦力做功与“摩擦生热”问题的讨论[J].中学物理:高中版,2015,(15).

[2]夏造乾.摩擦力做功与摩擦生热[J].高中生之友:青春版,2004,(10).

[3]曾伟宏.摩擦力做功与产生热能的关系在解题中的应用[J].物理教学探讨:中学生版高三卷,2003,(2).

[4]田利云.公式“Q=f·S_(相对)”与一类摩擦生热问题[J].数理天地:高中版,2002,(2).

[5]朱佩新.对摩擦力作功与摩擦生热的量度的认识[J].广西民族大学学报:自然科学版,1995,(2).

(作者单位:江西省吉安市永新第二中学)

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