论文部分内容阅读
高中物理经常研究一些简单的实物，人在客观世界里也称为实物.高中学生容易把实物和人简单地等同而语.实际上物理学中选取研究对象时，如何科学地区分人与实图1 图2
物的不同，应该审视三个不同角度.
一、质点角度
例1 如图1两种情景，一物体A在粗糙水平面上以速度v向右做匀速直线运动，另一人在水平路面上加速前进（不打滑），请问物体A和人受到地面的摩擦力方向各如何？
错误答案：A物体和人都是相对地面向右运动，根据摩擦力的定
义，两者的滑动摩擦力方向都与相对运动方向相反，所以摩擦力向
左.
正确解析：A受滑动摩擦力方向向左.人受静摩擦力，前脚受摩擦力向左，后脚受摩擦力向右.
问题分析：首先，从根据质点的定义，研究人行走时人不可以看成
质点，因为人的重心运动情况和人脚底相对地面的运动情况是不
一样的.根据摩擦力方向判断，要看与施力物体（地面）相接触的（部分）的相对运动情
况.人的后脚板在与地面接触时相对静止且有向后的运动趋势，所以摩擦力向前.人的前脚
板与地面接触时相对静止且有向前的趋势，所以摩擦力向后.所以A物体和人实质的不同
就是A可以看成质点，而在研究人行走过程中的摩擦力方向时，不能把人简单地看成质点.
二、功能角度
图3 图4
例2 如图4所示，在自动扶梯以恒定的速度v运动时，第一次有一个人站到扶梯上后相对扶梯静止不动，扶梯载他上楼过程中对他做功为W1，做功功率为P1.第二次此人在运动的扶梯上又以相对扶梯的速度v同时匀速向上走，这次扶梯对该人做功为W2，做功功率为P2.则以下说法中正确的是（ ）
（A） W1>W2，P1>P2 （B） W1>W2，P1=P2
（C） W1=W2，P1 错误解析：把人看成一如图3中的物体，如果求扶梯对人做功和功率，因为人两次受力以
及对地位移都相等，可用W=Fscosα来判断功的大小，即W1=W2.也可以根据动能定理，
两个物理运动过程中人的动能的增量为零，即W-mgh=0则W1=W2.而显然第二次人运动
的对地速度大，时间短，所以功率就大，应该选择（C）项.
正确解析：对人从底端到顶端过程利用动能定理，对第一次上升过程
W1-mgh=0
对第二种上升过程W2+W人-mgh=0
所以有W1>W2.由题意可知，可知
W1=2W2，人上升时第二次所用时间t2和第一次t1的关系为
t1=2t2，所以电梯做功的功率P1=P2.
问题分析：我们知道，力对物体做功表述为“力和它所作用的那个质点的位移的矢量点
积”. 因为力的作用点是脚底，但人也不是完全靠电梯推上去的.从另一角度讲，做功的
过程是能量转化的过程，如果人走上扶梯时，只认为扶梯对人做了功，那么人不要消耗能量
就能上楼，这显然是不正确的.在这一过程中，人实际上是借用扶梯从而达到做功的效果，
从而实现生物能与机械能的转化的过程.
三、杠杆平衡的角度
人跑过弯道时为什么倾斜，更容易通过，而且不容易摔倒？
图5 图6
例3
如图5是一个运动员以最大的速率冲刺跑400 m田径赛道的弯道时，被拍下的照片。某同学想根据生活中的相关数据估算运动员的运动速率。假设该运动员所跑弯道的曲率半径为r ，运动员左侧面与地面的夹角约为60°，脚底与地面的动摩擦因素为μ。则估算人运动速率的原理表达式更合理的为（ ）
（A） gμr （B） 2gμr
（C） gμr （D）
Mgμr
错误解析：可将人像木块一样简化为一质点（如图6），同学们容易把摩擦力和支持力平
移到重心上去，它受到水平指向圆心的摩擦力.竖直方向的重力和支持力大小相等方向相反，
合力为零.也就是说摩擦力提供向心力，即
Mgμ=Mv2r，
v=gμr
.所以像处理木块一样
来解析人过弯道问题.
图7
正确解析：人过弯道时要适当倾斜（如图7），可以假设脚与地面接触点为一个绞链O点，这个点叫做杠杆的支点（如图7），地面支持力与地面摩擦力均通过支点，力矩为0.还受重力与离心力，
当人重力的力矩等于离心力的力矩时，人就平衡了。设L1为O点到重力作用线的距离，L2为O点到离心力作用线的距离，
F离=Mv2r，方向远离弯道的圆心，人的重心到脚底的距离为d.则有
GL1=F离L2，即Mgdsin30°=（Mv2/）dcos30°，解得
v=3gr3，所以选（C）.
问题分析：我们平时跑步不一定都是倾斜那么多，
倾斜少一些或者不倾斜，也不会倒.那是因为我们有2条腿，如果我们只有一条腿，不倾斜
的话就倒了.摩托车也一样，摩托车拐弯不倾斜必须倒，正因为此，摩托车赛车技术书籍《弯
道圣经》就做了详细解析.人赛车或跑步在弯道上可以巧妙地利用此原理，
胜利快速通过弯
道.而汽车却没有那样幸运，因为在平路上行驶的汽车不容易改变本身倾斜度，不仅会打滑，
更严重的是导致汽车侧翻.如把人看成小木块，可以解析在没有侧滑时曲线运动的一些现象，
却解释不了在没有打滑时车子为什么会侧翻的现象.
物的不同，应该审视三个不同角度.
一、质点角度
例1 如图1两种情景，一物体A在粗糙水平面上以速度v向右做匀速直线运动，另一人在水平路面上加速前进（不打滑），请问物体A和人受到地面的摩擦力方向各如何？
错误答案：A物体和人都是相对地面向右运动，根据摩擦力的定
义，两者的滑动摩擦力方向都与相对运动方向相反，所以摩擦力向
左.
正确解析：A受滑动摩擦力方向向左.人受静摩擦力，前脚受摩擦力向左，后脚受摩擦力向右.
问题分析：首先，从根据质点的定义，研究人行走时人不可以看成
质点，因为人的重心运动情况和人脚底相对地面的运动情况是不
一样的.根据摩擦力方向判断，要看与施力物体（地面）相接触的（部分）的相对运动情
况.人的后脚板在与地面接触时相对静止且有向后的运动趋势，所以摩擦力向前.人的前脚
板与地面接触时相对静止且有向前的趋势，所以摩擦力向后.所以A物体和人实质的不同
就是A可以看成质点，而在研究人行走过程中的摩擦力方向时，不能把人简单地看成质点.
二、功能角度
图3 图4
例2 如图4所示，在自动扶梯以恒定的速度v运动时，第一次有一个人站到扶梯上后相对扶梯静止不动，扶梯载他上楼过程中对他做功为W1，做功功率为P1.第二次此人在运动的扶梯上又以相对扶梯的速度v同时匀速向上走，这次扶梯对该人做功为W2，做功功率为P2.则以下说法中正确的是（ ）
（A） W1>W2，P1>P2 （B） W1>W2，P1=P2
（C） W1=W2，P1
及对地位移都相等，可用W=Fscosα来判断功的大小，即W1=W2.也可以根据动能定理，
两个物理运动过程中人的动能的增量为零，即W-mgh=0则W1=W2.而显然第二次人运动
的对地速度大，时间短，所以功率就大，应该选择（C）项.
正确解析：对人从底端到顶端过程利用动能定理，对第一次上升过程
W1-mgh=0
对第二种上升过程W2+W人-mgh=0
所以有W1>W2.由题意可知，可知
W1=2W2，人上升时第二次所用时间t2和第一次t1的关系为
t1=2t2，所以电梯做功的功率P1=P2.
问题分析：我们知道，力对物体做功表述为“力和它所作用的那个质点的位移的矢量点
积”. 因为力的作用点是脚底，但人也不是完全靠电梯推上去的.从另一角度讲，做功的
过程是能量转化的过程，如果人走上扶梯时，只认为扶梯对人做了功，那么人不要消耗能量
就能上楼，这显然是不正确的.在这一过程中，人实际上是借用扶梯从而达到做功的效果，
从而实现生物能与机械能的转化的过程.
三、杠杆平衡的角度
人跑过弯道时为什么倾斜，更容易通过，而且不容易摔倒？
图5 图6
例3
如图5是一个运动员以最大的速率冲刺跑400 m田径赛道的弯道时，被拍下的照片。某同学想根据生活中的相关数据估算运动员的运动速率。假设该运动员所跑弯道的曲率半径为r ，运动员左侧面与地面的夹角约为60°，脚底与地面的动摩擦因素为μ。则估算人运动速率的原理表达式更合理的为（ ）
（A） gμr （B） 2gμr
（C） gμr （D）
Mgμr
错误解析：可将人像木块一样简化为一质点（如图6），同学们容易把摩擦力和支持力平
移到重心上去，它受到水平指向圆心的摩擦力.竖直方向的重力和支持力大小相等方向相反，
合力为零.也就是说摩擦力提供向心力，即
Mgμ=Mv2r，
v=gμr
.所以像处理木块一样
来解析人过弯道问题.
图7
正确解析：人过弯道时要适当倾斜（如图7），可以假设脚与地面接触点为一个绞链O点，这个点叫做杠杆的支点（如图7），地面支持力与地面摩擦力均通过支点，力矩为0.还受重力与离心力，
当人重力的力矩等于离心力的力矩时，人就平衡了。设L1为O点到重力作用线的距离，L2为O点到离心力作用线的距离，
F离=Mv2r，方向远离弯道的圆心，人的重心到脚底的距离为d.则有
GL1=F离L2，即Mgdsin30°=（Mv2/）dcos30°，解得
v=3gr3，所以选（C）.
问题分析：我们平时跑步不一定都是倾斜那么多，
倾斜少一些或者不倾斜，也不会倒.那是因为我们有2条腿，如果我们只有一条腿，不倾斜
的话就倒了.摩托车也一样，摩托车拐弯不倾斜必须倒，正因为此，摩托车赛车技术书籍《弯
道圣经》就做了详细解析.人赛车或跑步在弯道上可以巧妙地利用此原理，
胜利快速通过弯
道.而汽车却没有那样幸运，因为在平路上行驶的汽车不容易改变本身倾斜度，不仅会打滑，
更严重的是导致汽车侧翻.如把人看成小木块，可以解析在没有侧滑时曲线运动的一些现象，
却解释不了在没有打滑时车子为什么会侧翻的现象.