学生对“静摩擦力能否对物体做功”这一问题感到非常模糊。有些学生认为:“静摩擦力对物体一定不做功”;有些学生认为:“静摩擦力可以对物体做功”;还有一些学生感到很茫然。为了使学生对这一问题有正确的认识,课堂上,我与学生们就“静摩擦力对物体做功”的有关问题进行了如下讨论:
一、静摩擦力对静止的物体不做功
师:“谁能举一些静摩擦力对物体不做功的例子?”
学生甲:“用力推课桌时,课桌不动,地面对课桌的静摩擦力不做功;还有静置于斜面上的物体受到的静摩擦力,对物体不做功。”
师:“他所举的例子都是静止的物体受静摩擦力的情况,我们能否得出:‘静止的物体受到的静摩擦力一定不做功’这一结论。”
学生:“可以”
师:“为什么?”
学生乙:“因为物体在静摩擦力的方向上没有发生位移,所以静摩擦力对它一定不做功 。”
结论一:静摩擦力对静止的物体不做功。
二、静摩擦力可以对运动的物体做功
师:“受静摩擦力的物体一定都是静止的吗?”
学生丙:“不一定,例如:传送带将煤块送往高处时,煤块相对于传送带是静止的,煤块有沿斜面向下运动的趋势,煤块受到沿斜面向上的静摩擦力,但是煤块相对于地面是运动的。”
“噢!”有些学生恍然大悟。
学生丁:“煤块所受静摩擦力的方向与煤块的运动方向是相同的,所以煤块所受的静摩擦力对煤块做正功。”
师:“传送带所受的静摩擦力做功了吗?”
学生戊:“做了,传送带受到的静摩擦力的方向沿斜面向下,与传送带的运动方向相反,故传送带所受的静摩擦力对传送带做了负功。”
师:“煤块所受静摩擦力做的正功,与传送带所受静摩擦力做的负功,大小有何关系?为什么?”
学生己:“大小相等。煤块和传送带所受的两个静摩擦力是相互作用力,大小相等,方向相反;并且它们相对于地面的位移是相同的,所以两功的大小相等。”
师:“煤块和传送带之间的这对静摩擦力对煤块和传送带所做的总功等于多少?”
学生甲:“等于零” 。
师:“同学们还能举出一些静摩擦力做功的例子吗?”
学生丙:“一辆拉油桶的货车,启动过程中,货车对油桶的静摩擦力对油桶做正功;油桶对货车的静摩擦力对货车做负功。”
师:“这两个功的大小有什么关系?”
学生丁:“相等。”
师:“油桶和货车间的这对静摩擦力对油桶和货车所做的总功等于多少?”
学生乙:“等于零。”
师:“通过以上分析,我们可以总结出一个结论:
结论二:物体在静摩擦力的方向上有位移时,静摩擦力对运动的物体做功。物体间的静摩擦力对其中的一个物体做正功时,对另一个物体做负功,并且两功的大小相等;这对静摩擦力对两物体所做的总功为零。”
三、静摩擦力对运动的物体可以不做功
师:“若物体相对于地面处于静止状态时,受静摩擦力作用,则物体间的静摩擦力一定不做功;如果物体在静摩擦力的作用下,相对于地面运动,此时,静摩擦力一定做功吗?”对此问题学生们无从下手。
师:“我们来看下面两道例题,先看例1。”
例1.一辆从石家庄开往邯郸火车上,有一乘客手举水杯准备喝水,此时,乘客发现水杯中有一黑点,于是就手举水杯仔细端详,最后他发现只是一棵草籽,试分析在乘客手举水杯仔细端详的过程中,水杯的受力情况。
学生甲:“水杯受到重力和乘客的手对水杯的摩擦力。”
师:“该摩擦力是什么摩擦力?”
学生丙:“是静摩擦力。”
师:“这个静摩擦力做功吗?”
学生戊:“没有做功。”
师:“此过程中,水杯受到静摩擦力的作用,并且水杯相对于地面发生了运动,但是水杯在静摩擦力的方向上并没有发生位移,故静摩擦力没有做功。”
师:“我们再来看例2。”
例2.有一水平放置的圆形转盘,绕竖直转轴以角速度ω转动,在离轴心为r的地方放置一块质量为m的木块,随着转盘一起做匀速圆周运动。分析此过程中木块的受力情况。
学生丁:“木块受到重力和转盘对木块的支持力及转盘对木块的静摩擦力。”
师:“分析此过程中转盘对木块的静摩擦力对木块做功情况。”
学生乙:“木块随转盘一起做匀速圆周运动时,所需的向心力由静摩擦力来提供,故静摩擦力始终指向圆心,与木块的运动方向始终垂直,即静摩擦力在木块运动的方向上并没有发生位移,根据W=FSCOSα可知,在此过程中木块受到的静摩擦力对它不做功。”
师:“通过以上两个例题的分析我们可以得出第三个结论:
结论三:物体在静摩擦力的方向上没有位移时,静摩擦力对运动的物体不做功。”
通过本节课的讨论学生们清楚地认识到:
一、静摩擦力对静止的物体(指相对于地面静止)不做功。
二、物体在静摩擦力的方向上有位移时,静摩擦力对运动的物体做功。物体间的静摩擦力对其中的一个物体做正功时,对另一个物体做负功,并且两功的大小相等;这对静摩擦力对两物体所做的总功为零。
三、物体在静摩擦力的方向上没有位移时,静摩擦力对运动的物体不做功。
经过长期的实践发现:通过师生讨论的方法可以使学生较容易得理解很难理解的物理问题,讨论是一种简单易行的教学方法和学习方法,希望老师在物理教学中多多实践应用,这对提高学生的物理成绩会大有帮助的。