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剖析:滑动摩擦力一定做功吗?
2015.09.18 10:48

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前言

力学中摩擦力做功的问题,是高考的一个常考点,同时也是比较难理解的地方。物理网的这篇文章,就是想和同学们探讨下:滑动摩擦力存在,是否一定对物体做功?

滑动摩擦力做功的分析

滑动摩擦力做功与否分类解析

(1)滑动摩擦力可以不做功。

如下图所示情况,下面的物体在向右走,上面的物体一定会受到滑动摩擦力的作用,可滑动摩擦力对物体并不做功,原因就是物体的位移为零。通过做功的定理判定,此时滑动摩擦力是不做功的。

滑动摩擦力时候做功的示意图分析

(2)滑动摩擦力能做正功。

最为典型的案例,就是传送带对物体。静止的物体,放到传送带上,不可能立刻与传送带同步(速度不同),此时必然是受到滑动摩擦力的做功。因为摩擦力的方向和物体运动的方向一致,因此,滑动摩擦力可以做正功。

再来说一个案例:

如静止的货车车厢内有一木箱,货车瞬间突然加速,虽然木箱相对货车向后滑动,但相对地面确为向前运动(与货车运动方向一致),这种情况下,货车对木箱的滑动摩擦力做正功。

(3)滑动摩擦力可以做负功。

上述案例中,木箱对货车的滑动摩擦力对货车做负功(摩擦力方向是向后的)。显然,选择不同的研究对象,摩擦力做功的正负性截然不同。

再举一个案例。

水平面上用力推一个箱子运动,地面给箱子的滑动摩擦力与其运动方向是相反的,根据做功定义式,也是滑动摩擦力在做负功。这种情况很常见,不难理解。

一对摩擦力所做的总功

请同学们注意,我们下面研究的是两个物体构成的系统。相互作用的系统内,一对滑动摩擦力所做的功总不为零,其绝对值的大小,恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,就是系统损失的机械能(机械能减小量)。

我们从能量的角度来分析。一对滑动摩擦力做功,能量转化有两种情况:一是相互摩擦的物体间机械能的彼此交换;二是机械能向内能转化,转化为内能的数值,等于滑动摩擦力与两者相对位移的乘积。

补充一句,只能说内能,说热量是不科学的。热量的定义是:热传递过程中转移的内能大小。

功和能之间的转化并不是这篇文章的重点。同学们可以拿来做过的摩擦力做功的题,进行二次分析,看看上面的结论是否严密。其实这些结论,都可以通过动能定理、牛顿三大定律和能的转化与守恒定律推导出来。

推荐查阅的文献资料

摩擦力详解http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/29.html

功能关系http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43174.html

文章作者

文/韩磊;高中物理教师,物理网兼职编辑。

文章首发高中物理网,转载请予以注明,谢谢。

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