摩擦力做功的特點(diǎn)

1、摩擦力做功的特點(diǎn)南陽(yáng)市五中李彩芹摩擦力做功問(wèn)題，一直是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)，更是教學(xué)難點(diǎn)。在具體問(wèn)題中涉及到摩擦力是否做功、做功的正負(fù)，以及作為作用力反作用力的一對(duì)摩擦力（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“一對(duì)摩擦力”）所做功的代數(shù)和的正負(fù)等問(wèn)題，學(xué)生往往糾纏不清，理不清思路，甚至發(fā)生謬誤。摩擦力大小和方向的不確定性，使得摩擦力做功有其自身的特殊性，本文簡(jiǎn)單歸納摩擦力做功的一些特點(diǎn)，僅供大家參考。、滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體可以做正功，可以做負(fù)功，也可以不做功1、滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體做負(fù)功?沱種情況最為常見(jiàn)，當(dāng)滑動(dòng)摩擦力阻礙物體運(yùn)動(dòng)或物體克服滑動(dòng)摩擦力運(yùn)動(dòng)時(shí)，其對(duì)物體做負(fù)功.例1.如圖1所示，一物塊放在靜止的粗糙水平桌面上，外力

2、F把它拉著向右運(yùn)動(dòng)，在產(chǎn)生位移s的過(guò)程中，摩擦力對(duì)物塊做功情況如何？已知物塊的質(zhì)量為m,與桌面之間的摩擦因數(shù)為分析與解物塊在水平桌面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的滑動(dòng)摩擦力大小為f=mg,其方向向左,眥而位移s的方向向右，代入公式亞=fscosa,得W=（imgscos九=仙mgs.即摩擦力對(duì)物體做了負(fù)功.?2、滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體不做功?在例1中水平桌面雖然受到物體對(duì)它的滑動(dòng)摩擦力作用，但桌面并沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，即在滑動(dòng)摩擦力作用下，桌面相對(duì)于地面的位移s=0,則0=0,因而滑動(dòng)摩擦力對(duì)桌面不做功.?3、滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體做正功?當(dāng)滑動(dòng)摩擦力的作用效果是加快物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，其對(duì)物體做正功.?例2.如圖2所示，水平地

3、面上有輛平板車(chē)，其粗糙的表面上放有一質(zhì)量為m的木塊，當(dāng)平板車(chē)向右加速運(yùn)動(dòng)的位移為s時(shí)，發(fā)現(xiàn)木塊在它上面發(fā)生向左方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)位移s',則滑動(dòng)摩擦力對(duì)木塊的做功情況如何？?分析與解小車(chē)向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊相對(duì)于小車(chē)向左滑動(dòng)，所以木塊受到的滑動(dòng)摩擦力方向向右，在小車(chē)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，車(chē)上的木塊相對(duì)于地面的位移為ss',方向向右（如圖2所示）.所以，此過(guò)程中滑動(dòng)摩擦力對(duì)木塊做正功，其大小為亞=Fscosa=（ss'）.同時(shí)滑動(dòng)摩擦力對(duì)小車(chē)做負(fù)功W'=（imgscos冗=pmgs,則一對(duì)滑動(dòng)摩擦力分別對(duì)兩物體所做功之和為?亞合=0+0=一pmgs'.?即兩物體之間的一

4、對(duì)滑動(dòng)摩擦力總做負(fù)功。這也正是相對(duì)滑動(dòng)時(shí)為什么會(huì)有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的原因.例3.滑雪者從山坡上A點(diǎn)由靜止出發(fā)自由下滑，設(shè)動(dòng)摩擦因數(shù)加為常數(shù)，他滑到B點(diǎn)時(shí)恰好停止，此時(shí)水平位移為6（如圖3所示）。求A、B兩點(diǎn)間的高度差丹。解析：設(shè)滑雪者質(zhì)量為陽(yáng)，取一足夠小的水平位移板，對(duì)應(yīng)的滑行路線(xiàn)可視為小直線(xiàn)段口，該處滑雪者所受的摩擦力為As稈1亞儂cosB川陽(yáng)所以在口段摩擦力所做的功為對(duì)滑行路線(xiàn)求和可得摩擦力的總功從A到B的過(guò)程中，重力做功%=得”而動(dòng)能的變化為山=°,所以由動(dòng)能定理得叫+叼二。，即陰砂-印耍二°,可解得a、B兩點(diǎn)間的高度差為人聲,二、一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的代數(shù)和必不為零，

5、且等于滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體間相對(duì)位移的乘積，即"；：.),例4.如圖4,一質(zhì)量為M的木板，靜止在光滑水平面上，一質(zhì)量為肉的木塊以水平速度為滑上木板。由于木塊和木板間有摩擦力，使得木塊在木板上滑動(dòng)一段距離后就跟木板一起以相同速度運(yùn)動(dòng)。試求此過(guò)程中摩擦力對(duì)兩物體做功的代數(shù)和。解析：設(shè)木塊與木板的共同速度為管，以木塊和木板整體為研究對(duì)象，則由動(dòng)量V=守恒定律可得刪+M摩擦力對(duì)木板做正功，對(duì)木塊做負(fù)功。由動(dòng)能定理得由可知，摩擦力對(duì)兩物體做功的代數(shù)和為的十嗎=一弓(出.)二一今自相用上式即表明：一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的代數(shù)和必不為零，且等于滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體間的相對(duì)位移的乘積，即摩擦生的

6、熱。三、對(duì)于與外界無(wú)能量交換的孤立系統(tǒng)而言，滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱等于滑動(dòng)摩擦力的大小與兩物體間相對(duì)位移的乘積，即總結(jié)(1)滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體做正功，也可以對(duì)物體做負(fù)功，還可以不做功。(2)在一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的過(guò)程中，能量的轉(zhuǎn)化有兩種情況：一是相互摩擦的物體之間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移；二是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，轉(zhuǎn)化的量值等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積，即(3)在相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi)，一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的和總是負(fù)值，其絕對(duì)值等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積，即恰好等于系統(tǒng)損失的機(jī)械能。四、靜摩擦力對(duì)物體可以做正功，可以做負(fù)功，也可以不做功1,靜摩擦力對(duì)物體可以不做功。例5.如圖5所示，物體在水平拉力下靜止在粗糙水平面

7、上，物體與桌面間有靜摩擦力，該摩擦力不做功。2,靜摩擦力對(duì)物體可以做正功如圖6所示，光滑水平面上物體A、B在外力F作用下能保持相對(duì)靜止地勻加速運(yùn)動(dòng)，則在此過(guò)程中，A對(duì)B的靜摩擦力對(duì)B做正功。LBAF圖63,靜摩擦力對(duì)物體可以做負(fù)功。如圖7所示，物體A、B以初速度先滑上粗糙的水平面，能保持相對(duì)靜止地減速運(yùn)動(dòng)，則在此過(guò)程中A對(duì)B的靜摩擦力對(duì)B做負(fù)功。八|包圖7五、一對(duì)相互作用的靜摩擦力做功的代數(shù)和必為零，即T7對(duì)相互有靜摩擦力作用的兩物體A和B來(lái)說(shuō)，A對(duì)B的摩擦力和B對(duì)A的摩擦力是一對(duì)作用力和反作用力：大小相等，方向相反。由于兩物體相對(duì)靜止，其對(duì)地位移必相同，所以這一對(duì)靜摩擦力一個(gè)做正功，一個(gè)做負(fù)

8、功，且大小相等，其代數(shù)和必為零，即的+叼'=°具體來(lái)說(shuō)，一對(duì)靜摩擦力做功代數(shù)和為零包含兩種情況：一是每個(gè)靜摩擦力都不做功（例推箱子而未動(dòng)，靜摩擦力對(duì)箱子、對(duì)地面均不做功，或者物體隨轉(zhuǎn)盤(pán)一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，靜摩擦力提供向心力的情況），二是兩個(gè)靜摩擦力一個(gè)做正功，一個(gè)做負(fù)功，但數(shù)值相等，其代數(shù)和為零。這就是在靜摩擦力作用下的兩物體，即使發(fā)生運(yùn)動(dòng)也不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)能的原因.在靜摩擦力做功的過(guò)程中，只有機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)移（靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用），而沒(méi)有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。不論是靜摩擦力，還是滑動(dòng)摩擦力既可以對(duì)物體做正功，也可以對(duì)物體做負(fù)功，還可能不對(duì)物體做功.力做功是要看哪個(gè)力

9、對(duì)哪個(gè)物體在哪個(gè)過(guò)程中做的功，而不是由力的性質(zhì)來(lái)決定的.力做正功還是做負(fù)功要看這個(gè)力是動(dòng)力還是阻力.摩擦力可以是動(dòng)力也可以是阻力，也可能與位移方向垂直.思考：人走路時(shí)，若鞋與地面間不打滑，人與地面間的靜摩擦力做功嗎？這一個(gè)常識(shí)性的問(wèn)題，看起來(lái)不值得討論，但不仔細(xì)去分析，則很容易出錯(cuò)。有人認(rèn)為，人走路時(shí)，受到向前的靜摩擦力，而人的速度也是向前，有向前的位移，摩擦力是做正功的。但仔細(xì)想一想就不難發(fā)現(xiàn)，在鞋與路面接觸時(shí)，地面與鞋間有靜摩擦力的作用，但在這段時(shí)間內(nèi)，鞋底所受摩擦力的作用點(diǎn)相對(duì)于地面是不動(dòng)的，而腳抬起向前邁出時(shí)，鞋在空中便不受靜摩擦力的作用，隨著人的前進(jìn)，人與地面間的靜摩擦力不斷改變受力點(diǎn)，但受力點(diǎn)在靜摩擦力作用下并無(wú)位移，故地面與腳之間的一對(duì)靜摩擦力對(duì)人和對(duì)地面都不做功。這一點(diǎn)從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)來(lái)分析，則更容易理解，在人走路的過(guò)程中，地面（我們把地面視為剛體）沒(méi)有發(fā)生任何形式的能量轉(zhuǎn)化，因此地面不可能做功。既然靜摩擦力不做功，那么人在走路時(shí)的動(dòng)能是從何而來(lái)的呢？人腳向后蹬地時(shí)，下肢對(duì)軀干施以斜向前上方的力F,軀干向前發(fā)生位移s,F與s夾角為a,而且a兀/2,力F對(duì)軀干做正功，使軀干獲得動(dòng)能，然后軀干再對(duì)騰空腿做功，帶動(dòng)它向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，另一只腳蹬地。這個(gè)過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，人就能沿粗糙的地面前行。從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)來(lái)