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摘要
力学中摩擦力做功的问题,是高考试卷中的一个常考点,很难理解。这篇文章就是想和同学们分析下:滑动摩擦力存在,一定对物体做功吗?一共有哪些情况?
滑动摩擦力做功与否分类解析
(1)滑动摩擦力可以不做功。
例证:如下图所示,下面的物体B向右滑动,上面的物体A一定会受到滑动摩擦力的作用,不过这个摩擦力对物体并不做功,原因就是物体的位移为零。根据做功的定义,自然此时滑动摩擦力不做功。
(2)滑动摩擦力可以做正功。
最为典型的案例,就是传送带。静止的物体,刚刚放到传送带上,不可能瞬间就与传送带同步,此时必然是受到滑动摩擦力的做功。显然,摩擦力的方向和物体运动的方向是一致的,所以滑动摩擦力是可以做正功的。
再来说一个案例:
如静止的货车车厢内有一木箱,货车突然加速,木箱相对货车,是向后滑动的,但相对地面向前运动,则货车对木箱的滑动摩擦力做正功。
(3)滑动摩擦力还可以做负功。
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,摩擦力做功的正负情况相差迥异。
再来说一个案例。
水平面上推一个箱子(滑动起来),箱子所受到的滑动摩擦力与其运动方向是相反的,根据做功定义式,也是滑动摩擦力做负功的情况。
一对摩擦力所做的总功问题
相互作用的系统内,一对滑动摩擦力所做的功是总不为零的,其绝对值恰等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即等于系统损失的机械能。
我们从能量的角度来分析。一对滑动摩擦力做功,能量的转化同时有两种情况出现:一是相互摩擦的物体之间机械能的交换;二是系统的机械能的一部分转化为内能,转化为内能的量值等于滑动摩擦力与两物体相对位移的乘积。
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。做过的摩擦力做功的题一定不少了,同学们可以拿过来进行二次分析,看看上面的结论是否严密。其实这些结论,都可以通过两个动能定理公式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
动能定理http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/43171.html
文章作者
文/赵武;高中物理教师,物理网兼职编辑。
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