专题复习 摩擦力做功与变力做功

专题摩擦力做功与变力做功

一、摩擦力做功

问题思考：1、摩擦力的分类 2、摩擦力的方向 3、摩擦力的大小

4、判断一个力是否做功及做功正负的方法

5、计算功的方法及注意事项

摩擦力大小和方向的不确定性，使得摩擦力做功有其自身的特殊性，本文简单归纳摩擦力做功的一些特点。

（一）静摩擦力对物体可以做正功，可以做负功，也可以不做功；滑动摩擦力对物体可以做正功，可以做负功，也可以不做功。

如图1所示，物体在水平拉力下静止在粗糙水平面上，物体与桌面间有静摩擦力，该摩擦力不做功。

图1

如图2所示，光滑水平面上物体A、B在外力F作用下能保持相对静止地匀加速运动，则在此过程中，A对B的静摩擦力对B做正功。

图2

如图3所示，物体A、B以初速度滑上粗糙的水平面，能保持相对静止地减速运动，则在此过程中A 对B的静摩擦力对B做负功。

图3

例1. 在光滑的水平地面上有质量为M的长平板A（如图4），平板上放一质量的物体B，A、B之间动摩擦因数为。今在物体B上加一水平恒力F，B和A发生相对滑动，经过时间，求：（1）摩擦力对A所做的功；（2）摩擦力对B所做的功；（3）若长木板A固定时B对A的摩擦力对A做的功。

图4

解析

（1）平板A在滑动摩擦力的作用下，向右做匀加速直线运动，经过时间，A的位移为

因为摩擦力的方向和位移相同，即对A做正功，其大小为

。

（2）物体B在水平恒力F和摩擦力的合力作用下向右做匀加速直线运动，B的位移为

摩擦力方向和位移方向相反，所以对B做负功为

。

（3）若长木板A固定，则A的位移，所以摩擦力对A做功为0，即对A不做功。

（二）、滑动摩擦力做功的特点：

①滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可以不做功。

②相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总为负值，其绝对值等于滑动摩擦力与相对位移

的乘积。 1. 一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零，且等于滑动摩擦力的大小与两物体间相对位移的乘积，即

例2. 如图6，一质量为M 的木板，静止在光滑水平面上，一质量为的木块以水平速度滑上木板。由于木块和木板间有摩擦力，使得木块在木板上滑动一段距离后就跟木板一起以相同速度运动。试求此过程中摩擦力对两物体做功的代数和。

图6

解析：设木块与木板的共同速度为，以木块和木板整体为研究对象，则由动量守恒定律可得

① 摩擦力对木板做正功，对木块做负功。由动能定理得② ③ 由①②③可知，摩擦力对两物体做功的代数和为④

上式即表明：一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零，且等于滑动摩擦力的大小与两物体间的相对位移的乘积。

例3： 质量为M 的长木板放在光滑的水平面上，一个质量为m 的滑块以某一初速度沿木板表面从A 点滑至B 点，在木板上前进了L,而木板前进了x ，如图，若滑块与木板间的动摩擦因素为μ，求滑动摩

分析：以木块A 为研究对象，木块A 受到的滑动摩擦力的方向水平向左，大小为mg μ，滑块的对地位

移为x+L,方向水平向右

根据功的定义式cos ()cos180()W FS mg x L mg x L θμμ==+︒=-+

以木板B 为研究对象，木板B 受到的滑动摩擦力的方向水平向右，大小也为mg μ，木板的对地位移为x ，方向水平向右

根据功的定义式cos cos0W FS mgx mgx θμμ==︒=

补充问题：求解这对相互作用的滑动摩擦力做的总功

()W mg x L mgx mgL μμμ=-++=-总<0

注：实际上，()W mg x L mgx mgL μμμ=-++=-总=Q,即产生的热量

2、滑动摩擦力做功与路程有关，其值等于滑动摩擦力的大小和物体沿接触面滑动的路程的乘积，即

例3. 滑雪者从山坡上A 点由静止出发自由下滑，设动摩擦因数为常数，他滑到B 点时恰好停止，此时水平位移为（如图5所示）。求 A 、B 两点间的高度差。

x L A B

图5

解析：设滑雪者质量为，取一足够小的水平位移，对应的滑行路线可视为小直线段，该处滑

雪者所受的摩擦力为

所以在段摩擦力所做的功为

对滑行路线求和可得摩擦力的总功

从A到B的过程中，重力做功，而动能的变化为，所以由动能定理得，

即，可解得A、B两点间的高度差为。

3. 对于与外界无能量交换的孤立系统而言，滑动摩擦产生的热等于滑动摩擦力的大小与两物体间相对

路程的乘积，即

例3.如图7（a）所示，质量为的木板静止在光滑水平面上，板的右端放一质量为的

小铁块，现给铁块一个水平向左速度，铁块在木板上滑行，与固定在木板左端的水平轻弹簧相碰后又返回，且恰好停在木板右端，求整个过程中，系统机械能转化为内能的多少？

图7

解析：在铁块运动的整个过程中，系统的动量守恒，因此弹簧压缩到最短时和铁块最终停在木板右端对系统的共同速度（铁块与木板的速度相同），由动量守恒定律得

代入数据得

从开始滑动到弹簧压缩到最短的过程中（如图7b），摩擦力铁块做负功；摩擦力对木板做正功

从弹簧压缩最短到铁块最终停在木板右端的过程中（如图7c），摩擦力对铁块做正功；摩

擦力对木板做负功

故整个过程中，摩擦力做功的代数和为（弹簧力做功代数和为零）

（式中就是铁块在木板上滑过的路程）

根据动能定理有。

由功能关系可知，对于与外界无能量交换的孤立系统而言，系统克服摩擦力做功将这的动能转化为

了系统的内能，即，这表明滑动摩擦产生的热等于滑动摩擦力的大小与两物体间相对路程的乘积。

4. 系统机械能的损失等于滑动摩擦力的大小与两物体间的相对位移的乘积，即