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引言
力学中摩擦力做功的问题,是高考试卷中的一个常考点,同时也是比较难理解的地方。物理网的这篇文章,就是想和同学们分析下:滑动摩擦力存在,是否一定对物体做功?
滑动摩擦力做功深度解析
(1)滑动摩擦力可以不对物体做功。
如下图所示,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,然而该滑动摩擦力对物体并不做功,原因是位移为零。通过做功的定理判定,此时滑动摩擦力对物体A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,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,都是传送带运动的方向,因此,滑动摩擦力可以做正功。
我们再来说一个案例:
如静止的货车车厢内有一木箱,货车瞬间突然加速,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。
还是原来的案例。上述案例中箱子对货车的滑动摩擦力对货车做负功。不同的研究对象选择,摩擦力做功的正负情况相差迥异。
再举一个案例。
水平面上推一个箱子(滑动起来),地面给箱子的滑动摩擦力与其运动方向相反,从做功的概念和公式来分析,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,其大小也等于系统损失的机械能。
一对滑动摩擦力做功时能量转化有两种情况:一是相互摩擦的物体之间机械能的交换;二是机械能转化为内能,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。
这里并不深入分析,有兴趣可以到物理网查阅相关的文章,讲解的很清楚。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/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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