糾正滑動(dòng)摩擦力做功問題中的 “迷思概念”

楊翠勤

(石家莊實(shí)驗(yàn)中學(xué)河北 石家莊052460)

摘 要：針對(duì)中學(xué)生對(duì)于滑動(dòng)摩擦力的常見“迷思概念”進(jìn)行了解析.

關(guān)鍵詞：滑動(dòng)摩擦力做功迷思

收稿日期：(2015-04-21)

學(xué)生在處理摩擦力做功的問題中往往產(chǎn)生許多“迷思概念”,致使滑動(dòng)摩擦力做功成為教學(xué)難點(diǎn).對(duì)此,筆者根據(jù)教學(xué)體會(huì),實(shí)例展示如何糾正滑動(dòng)摩擦力做功問題中的“迷思概念”,進(jìn)而突破難點(diǎn),幫助學(xué)生重建新概念.

1“迷思概念”理論

建構(gòu)主義認(rèn)為,學(xué)習(xí)是學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)意義的過程.而學(xué)生在學(xué)習(xí)新知識(shí)之前,頭腦中已經(jīng)根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)形成了自己的知識(shí)體系,這種在接受正式的科學(xué)教育之前形成的概念稱為前概念,當(dāng)前概念與科學(xué)概念一致的時(shí)候，就成為學(xué)習(xí)科學(xué)概念的積極 “生長(zhǎng)點(diǎn)”,不一致時(shí)則會(huì)形成模糊甚至錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí),被稱為 “錯(cuò)誤概念” (misconception),翻譯為“迷思概念”.

2糾正滑動(dòng)摩擦力做功問題中的幾種“迷思概念”

下面列舉滑動(dòng)摩擦力做功時(shí)典型的“迷思概念”，展示糾正過程.

2.1“迷思概念”之一

(1)呈現(xiàn)學(xué)生的 “迷思概念”

滑動(dòng)摩擦力只能做負(fù)功.

(2)創(chuàng)設(shè)矛盾情境引發(fā)矛盾沖突

如圖1所示，小物塊A疊放在長(zhǎng)木板B上,小物塊A的速度是3 m/s，長(zhǎng)木板B的速度是5 m/s，運(yùn)動(dòng)的過程中，長(zhǎng)木板B對(duì)小物塊A的滑動(dòng)摩擦力對(duì)小物塊A做正功.

小物塊A相對(duì)于長(zhǎng)木板B向后運(yùn)動(dòng)，根據(jù)滑動(dòng)摩擦力方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，可知小物塊受到的滑動(dòng)摩擦力向前，小物塊對(duì)地位移向前，故滑動(dòng)摩擦力對(duì)小物塊做正功;長(zhǎng)木板受到的小物塊對(duì)它的滑動(dòng)摩擦力向后，位移向前,故小物塊A對(duì)長(zhǎng)木板的滑動(dòng)摩擦力對(duì)長(zhǎng)木板做負(fù)功;而長(zhǎng)木板B對(duì)地的滑動(dòng)摩擦力對(duì)地面不做功.

圖1

(3)去偽存真重建新概念

滑動(dòng)摩擦力對(duì)單個(gè)物體可以做正功,也可以做負(fù)功,還可以不做功.

(4)理解和運(yùn)用概念

【例1】如圖2所示，質(zhì)量為0.5 kg的小物塊A放在質(zhì)量為1 kg的足夠長(zhǎng)的木板B的左端，木板B在水平拉力F的作用下沿地面勻速向右滑動(dòng)，且A，B相對(duì)靜止.已知A，B間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=0.2，B與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=0.4.某時(shí)刻撤去力F，滑動(dòng)摩擦力分別對(duì)A和B 做什么功？B對(duì)地面是否做功？

圖2

解析：撤去力F后，B受到地面向后的滑動(dòng)摩擦力

f=μ2(mA+mB)g=6 N

(1)

A受到滑動(dòng)摩擦力

fA=μ1mAg=1 N

(2)

A相對(duì)于B和地面均向前運(yùn)動(dòng)，受到滑動(dòng)摩擦力向后，故滑動(dòng)摩擦力對(duì)A 做負(fù)功；B 受到A 的滑動(dòng)摩擦力向前，B相對(duì)于地面向前運(yùn)動(dòng)，故A 對(duì)B 的滑動(dòng)摩擦力對(duì)B做正功；而地面對(duì)B的滑動(dòng)摩擦力對(duì)B做負(fù)功，B 對(duì)地面的滑動(dòng)摩擦力對(duì)地面不做功.

2.2“迷思概念”之二

(1)呈現(xiàn)學(xué)生 “迷思概念”

滑動(dòng)摩擦力對(duì)單個(gè)物體所做的功等于產(chǎn)生的熱量.

(2)創(chuàng)設(shè)矛盾情境引發(fā)矛盾沖突

【例2】如圖3所示，設(shè)質(zhì)量為m的子彈以初速度v0射向靜止在光滑水平面上質(zhì)量為M的木塊，并留在木塊中不再射出，子彈鉆入木塊深度為d.求子彈打入木塊的過程中產(chǎn)生的熱量.

圖3

解析：子彈打入木塊的過程中,滑動(dòng)摩擦力對(duì)子彈做功Wf

Wf=-fs1

(3)

根據(jù)動(dòng)能定理，可知子彈動(dòng)能減少fs1.

子彈打入木塊的過程中，滑動(dòng)摩擦力對(duì)木塊做功Wf′

Wf′=fs2

(4)

根據(jù)動(dòng)能定理，可知木塊動(dòng)能增加fs2.

根據(jù)系統(tǒng)總能量守恒，系統(tǒng)減少的動(dòng)能(fs1-fs2)等于產(chǎn)生的熱量Q，即滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)做負(fù)功，對(duì)系統(tǒng)所做負(fù)功的大小等于摩擦生熱.

由式(3)、(4)滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)內(nèi)物體做負(fù)功多，對(duì)另一物體做正功少，所以對(duì)系統(tǒng)做負(fù)功.

(3)去偽存真重建新概念

滑動(dòng)摩擦力對(duì)系統(tǒng)總是做負(fù)功,對(duì)系統(tǒng)所做負(fù)

功的大小等于摩擦產(chǎn)生的熱量.

(4)理解和運(yùn)用概念

【例3】如圖4所示,水平傳送帶正以v=2 m/s的速度運(yùn)行,兩端水平距離L=8 m,把一個(gè)質(zhì)量m=2 kg的物體輕輕放到傳送帶A端,物體在傳送帶作用下向右運(yùn)動(dòng),若物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.1，則這個(gè)物體從A到B的過程中,產(chǎn)生的熱量是多少?

解析：對(duì)物體受力分析，如圖5所示，物體受到向前的滑動(dòng)摩擦力，向前勻加速運(yùn)動(dòng)

(5)

圖4 圖5

經(jīng)時(shí)間t加速運(yùn)動(dòng)，物體與傳送帶速度相同，位移為x1，傳送帶位移為x2

(6)

(7)

x2=vt=4 m

(8)

滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做正功少，對(duì)傳送帶做負(fù)功多，對(duì)系統(tǒng)做負(fù)功大小等于系統(tǒng)摩擦生熱

Q=μmg(x2-x1)=4 J

(9)

之后隨傳送帶前進(jìn)6 m 達(dá)到B端的過程不再產(chǎn)生熱量.

糾正學(xué)生的 “迷思概念”就要?jiǎng)?chuàng)設(shè)引發(fā)認(rèn)知沖突的環(huán)境,促進(jìn)學(xué)生改造和重組認(rèn)知結(jié)構(gòu),進(jìn)而形成科學(xué)概念,形成科學(xué)概念后要及時(shí)運(yùn)用以鞏固新的認(rèn)知結(jié)構(gòu).

Rectifying the Misconception in

Work Issue of Sliding Friction Force

Yang Cuiqin

(Shijiazhuang experimental senior middle school,Shijiazhuang,Hebei052460 )

Abstract:The paper analyzed the common misconceptions of sliding friction of middle school students .

Keywords:sliding friction ; work ; conception