纠正滑动摩擦力做功问题中的“迷思概念”

纠正滑动摩擦力做功问题中的 “迷思概念”

杨翠勤

(石家庄实验中学河北 石家庄052460)

摘 要：针对中学生对于滑动摩擦力的常见“迷思概念”进行了解析.

关键词：滑动摩擦力做功迷思

收稿日期：(2015-04-21)

学生在处理摩擦力做功的问题中往往产生许多“迷思概念”,致使滑动摩擦力做功成为教学难点.对此,笔者根据教学体会,实例展示如何纠正滑动摩擦力做功问题中的“迷思概念”,进而突破难点,帮助学生重建新概念.

1“迷思概念”理论

建构主义认为,学习是学生主动建构知识意义的过程.而学生在学习新知识之前,头脑中已经根据生活经验形成了自己的知识体系,这种在接受正式的科学教育之前形成的概念称为前概念,当前概念与科学概念一致的时候，就成为学习科学概念的积极 “生长点”,不一致时则会形成模糊甚至错误的认识,被称为 “错误概念” (misconception),翻译为“迷思概念”.

2纠正滑动摩擦力做功问题中的几种“迷思概念”

下面列举滑动摩擦力做功时典型的“迷思概念”，展示纠正过程.

2.1“迷思概念”之一

(1)呈现学生的 “迷思概念”

滑动摩擦力只能做负功.

(2)创设矛盾情境引发矛盾冲突

如图1所示，小物块A叠放在长木板B上,小物块A的速度是3 m/s，长木板B的速度是5 m/s，运动的过程中，长木板B对小物块A的滑动摩擦力对小物块A做正功.

小物块A相对于长木板B向后运动，根据滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，可知小物块受到的滑动摩擦力向前，小物块对地位移向前，故滑动摩擦力对小物块做正功;长木板受到的小物块对它的滑动摩擦力向后，位移向前,故小物块A对长木板的滑动摩擦力对长木板做负功;而长木板B对地的滑动摩擦力对地面不做功.

图1

(3)去伪存真重建新概念

滑动摩擦力对单个物体可以做正功,也可以做负功,还可以不做功.

(4)理解和运用概念

【例1】如图2所示，质量为0.5 kg的小物块A放在质量为1 kg的足够长的木板B的左端，木板B在水平拉力F的作用下沿地面匀速向右滑动，且A，B相对静止.已知A，B间的动摩擦因数μ1=0.2，B与地面间的动摩擦因数μ2=0.4.某时刻撤去力F，滑动摩擦力分别对A和B 做什么功？B对地面是否做功？

图2

解析：撤去力F后，B受到地面向后的滑动摩擦力

f=μ2(mA+mB)g=6 N

(1)

A受到滑动摩擦力

fA=μ1mAg=1 N

(2)

A相对于B和地面均向前运动，受到滑动摩擦力向后，故滑动摩擦力对A 做负功；B 受到A 的滑动摩擦力向前，B相对于地面向前运动，故A 对B 的滑动摩擦力对B做正功；而地面对B的滑动摩擦力对B做负功，B 对地面的滑动摩擦力对地面不做功.

2.2“迷思概念”之二

(1)呈现学生 “迷思概念”

滑动摩擦力对单个物体所做的功等于产生的热量.

(2)创设矛盾情境引发矛盾冲突

【例2】如图3所示，设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上质量为M的木块，并留在木块中不再射出，子弹钻入木块深度为d.求子弹打入木块的过程中产生的热量.

图3

解析：子弹打入木块的过程中,滑动摩擦力对子弹做功Wf

Wf=-fs1

(3)

根据动能定理，可知子弹动能减少fs1.

子弹打入木块的过程中，滑动摩擦力对木块做功Wf′

Wf′=fs2

(4)

根据动能定理，可知木块动能增加fs2.

根据系统总能量守恒，系统减少的动能(fs1-fs2)等于产生的热量Q，即滑动摩擦力对系统做负功，对系统所做负功的大小等于摩擦生热.

由式(3)、(4)滑动摩擦力对系统内物体做负功多，对另一物体做正功少，所以对系统做负功.

(3)去伪存真重建新概念

滑动摩擦力对系统总是做负功,对系统所做负

功的大小等于摩擦产生的热量.

(4)理解和运用概念

【例3】如图4所示,水平传送带正以v=2 m/s的速度运行,两端水平距离L=8 m,把一个质量m=2 kg的物体轻轻放到传送带A端,物体在传送带作用下向右运动,若物体与传送带间的动摩擦因数为0.1，则这个物体从A到B的过程中,产生的热量是多少?

解析：对物体受力分析，如图5所示，物体受到向前的滑动摩擦力，向前匀加速运动

(5)

图4 图5

经时间t加速运动，物体与传送带速度相同，位移为x1，传送带位移为x2

(6)

(7)

x2=vt=4 m

(8)

滑动摩擦力对物体做正功少，对传送带做负功多，对系统做负功大小等于系统摩擦生热

Q=μmg(x2-x1)=4 J

(9)

之后随传送带前进6 m 达到B端的过程不再产生热量.

纠正学生的 “迷思概念”就要创设引发认知冲突的环境,促进学生改造和重组认知结构,进而形成科学概念,形成科学概念后要及时运用以巩固新的认知结构.

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