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高一物理关于功的一个题目中的疑惑 (有一定难度)

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/05 15:53:15
高一物理关于功的一个题目中的疑惑 (有一定难度)
在加速运动的车厢中,一个人用力向前推车厢,(图为一个人站在车厢内 用手推着左车壁).人相对车静止,则有以下正确结论:人对车做负功;推力对人做正功;车对人做正功.
这三个结论从理论上来说我弄懂了 但我却无法理解
车向左加速 人按常理来说应该有向右的惯性 可是 在没有支撑物的情况下 他不仅不倒 而且还能向左施加一个力 使他没有倒 这到底要如何理解?
题干上漏了一个" 车向左加速 " 不过下文中也提到了 应该知道吧
看了 lw8220256 的回答 有了一个新疑惑 :日常生活中我们知道 人在车厢中如果表现出向后的惯性 身体会向后倾 那题目中的人是如何做到向前倾的呢?还是说他在车未加速之前就做好了向前倾的准备呢?还有关于你的说法 我有点看不懂 尽量找个时间慢慢看
理解你提的这个问题.从理论层次上来说,要把人和车厢分开来,做受力分析(因为题目中的运动是水平方向上的,所以竖直方向上的重力和支持力我们可以不考虑).
车受到的力是:地面的摩擦力和牵引力(注意,人和车构成的体系中,因为是相对静止,所以合外力为0).人受到的力是:地面的摩擦力和车厢给他的推力(这个推力是根据牛顿第三定律中作用力和反作用力得到的).
从这个层面上说,只有是运动方向和受力方向是相反的(或者是两个矢量的夹角大于90°的时候),就是正功;反之是负功.所以三个结论就可以得到了.
回答你的关于人的问题:首先,要考虑到,如果人能够和车相对静止并保持你所说的状态,实际上人是要和车构成一定的夹角的,即人的身体应该是前倾的(生活经验中要推东西的时候就是这样的);这个过程中,其实还存在一个功能的转化过程:人体的生物能转化转化为机械能(向外用力,并在这个用力的方向上有受力物体在运动).这个是人不倒,并且还对外施加外力的一个原因.另外:换个受力模型:如果一个小车上平放一个箱子,系统做加速运动.这个时候,如果考虑惯性的话,在速度到一定的时候,箱子会出现倒翻的现象.但是,如果速度不是很快,箱子可以在车上平放.这是因为,箱子实际上不是一个质点,而是一个有体积和大小的物体,质点的概念实际上是抽象化得到的.那么当他要翻转的时候,和小车接触的位置就只有一个边而不是一个面了.这个时候重心实际上和这个线不在一个竖直平面上的,然后这个力就对这个接触线产生了一个力矩的作用.(我记得力矩这个概念是在大学物理中深入研究的,高中阶段似乎只做了解内容).这样的话,使物体保持贴在车面上.
所以,从上面的解释中可以得出这样的两个原因:一个是因为人体的生物能转化为机械能,另一个是因为人体重心位置的移动产生了对接触面的力矩作用.这两个就是你所提问题的答案.
很多时候,高中物理中的力学都是把物体抽象为一个质点进行研究的.这样的话,力矩这个概念就没有用了.当你对更深一个层次的物理进行研究的时候(力矩这个概念是在大学的理论物理中最经常看到一个概念),就会发现现实生活中的原型抽象为物理模型的时候是会变化的.可以这样的理解,力是物体进行线性运动的原因,而力矩是使物体进行轴向运动的原因.