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解析:滑动摩擦力必然会做功吗?
2015.11.13 16:13

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摘要

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。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?

滑动摩擦力做功的分析

滑动摩擦力做功深度解析

(1)滑动摩擦力可以不做功。

如下图所示,下面的物体B相对向右走;上面的物体A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,因为位移为零。根据做功的概念和公式,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,就是传送带做功。静止的物体,瞬间放到传送带上,不可能瞬间就与传送带同步,此时一定是受到传送带滑动摩擦力的作用。传送带给物体的摩擦力的方向与运动的方向是一致的,所以滑动摩擦力是可以做正功的。

我们再来说一个案例:

如刚开始静止的货车的车厢内,放一木箱,货车瞬间突然加速,木箱相对货车,是向后滑动的,但相对地面(为参考系)是向前运动的,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的是负功。不同的研究对象选择,摩擦力做功的正负情况相差迥异。

再来说一个案例。

水平面上推一个箱子运动,地面给箱子的滑动摩擦力与箱子的运动方向相反,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

在相互作用的系统内(研究的不是一个物体,而是系统),一对滑动摩擦力所做的功是总不为零的,其绝对值的大小,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。

一对滑动摩擦力做功的过程中,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。

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,都可以通过两个动能定理公式和功能关系公式推导出来。

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/木子;高中物理教师,物理网兼职编辑。

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