关于摩擦力做功问题的讨论
高中物理摩擦力做功的常见问题分享
高中物理摩擦力做功的常见问题分享1. 什么是摩擦力做功?摩擦力做功是指摩擦力通过使物体产生位移而对物体做功的现象。
当物体在施加摩擦力的作用下沿平面运动或者绕轴旋转时,摩擦力对物体产生的位移方向与力的方向相反,从而使物体具有动能。
2. 摩擦力做功跟什么相关?摩擦力做功与物体的质量、速度、摩擦系数以及位移的长度有关。
物体质量越大,其动能越大,从而摩擦力做功越大。
物体速度越大,其动能越大,摩擦力做功越大。
摩擦系数越大,物体所受的摩擦力越大,摩擦力做功越大。
位移长度越大,摩擦力所做的功越大。
3. 如何计算摩擦力做功?摩擦力做功可以通过以下公式来计算:功 = 摩擦力× 位移× cosθ功的单位是焦耳(J),摩擦力的单位是牛顿(N),位移的单位是米(m),θ表示摩擦力施加方向和物体移动方向之间的夹角。
4. 摩擦力做功是否总是负值?不是的。
摩擦力做功可以是正值、负值或零值。
当物体受到的摩擦力与其运动方向相摩擦力做功为正;当物体受到的摩擦力与其运动方向相反时,摩擦力做功为负;当物体静止或者匀速运动时,摩擦力做功为零。
5. 什么情况下摩擦力做功为零?当物体静止不动或者以恒定速度运动时,摩擦力所做的功为零。
因为此时摩擦力与物体的位移方向相反,但大小与位移成正比,所以摩擦力所做的功为零。
6. 如何减小摩擦力做功?要减小摩擦力做功,可以减小物体与物体之间的摩擦系数,或者减小物体的速度和位移。
可以通过给物体涂抹润滑剂,使用滚珠轴承等方法减小摩擦系数;可以减小物体的速度和位移来减小摩擦力做功。
7. 摩擦力做功有什么实际应用?摩擦力做功在日常生活中有很多实际应用。
当我们骑自行车时,摩擦力使我们的脚能够以一定的力气踩住脚蹬,并通过转动链条使自行车前进;当我们行走时,摩擦力使我们的脚能够推动地面并产生位移。
摩擦力做功还可以产生热量,例如搓手产生的热量就是由摩擦力做功产生的。
摩擦力做功是指摩擦力通过使物体产生位移而对物体做功的现象,与物体的质量、速度、摩擦系数以及位移的长度有关。
关于摩擦力做功问题的讨论
关于摩擦力做功问题的讨论【内容摘要】摩擦力(包括静摩擦力和动摩擦力)的大小和方向必须通过实际的运动性质才能判定,所以摩擦力做功具有不确定性。
本文结合高中物理教学实际,对摩擦力做功问题进行分析、讨论,总结,以形成规律。
【关键词】静摩擦力 动摩擦力 正功 负功 能量在现代摩擦理论中,摩擦力产生的机理是极复杂的,是必须在分子尺度内才能加以说明的,由于分子力的电磁本性,摩擦力可以说是电磁相互作用而引起的。
就中学阶段而言,摩擦力是互相接触的两个物体,当有相对运动或相对运动趋势时,在它们接触面上出现的阻碍相对滑动的力。
高中阶段摩擦力分两种:静摩擦力和滑动摩擦力。
静摩擦力可以从零到最大静摩擦力之间变化,所以它的大小必须由外力来确定;滑动摩擦力则必须由摩擦因数及正压力共同决定即N F F μ=,摩擦因数与材料有关,正压力则与运动的形式及性质有关。
所以滑动摩擦力大小和方向,与物体所处的运动状态有关。
功是力在运动过程中的空间累积效应的量度。
在经典力学中也称为机械功。
在高中阶段,恒力对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦这三者的乘积。
即cos W Fs θ=,其中cos s θ是在力的方向上通过的位移大小。
由于运动具有相对性,故在力的方向上通过位移也具有相对性。
综上所述可知,要想计算摩擦力所做的功,就必须同时确定摩擦力的大小及在摩擦力方向上通过的位移大小。
由此可知,摩擦力做功具有不确定性。
下面就这一问题,从摩擦力做功的特点,逐一讨论摩擦力做功的问题。
一、静摩擦力的功在相互挤压的物体的接触面间有相对滑动趋势,但还没有发生相对滑动的时候,接触面间会出现阻碍相对滑动的力,这个力即为静摩擦力。
静摩擦力虽然是在两物体没有相对位移的条件下出现的力,但这不等于静摩擦力做功一定为零。
因为受静摩擦力作用的物体依然可以相对地面或其他参考系发生位移,这个位移如果不与静摩擦力垂直,则静摩擦力必定做功:如图1所示,水平地面上的物体A 和B 在外力F 的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f 的方向水平向右,与它们的位移方向相同,所以A 对B 的静摩擦力对B 做正功。
摩擦力做功和摩擦生热的关系
摩擦力做功和摩擦生热的关系摩擦力是物体相互接触时的一种力,它会阻碍物体的运动。
然而,摩擦力不仅会阻碍物体的运动,还会产生热量。
本文将探讨摩擦力做功和摩擦生热的关系。
一、摩擦力做功当物体在受到摩擦力的作用下运动时,摩擦力会对物体做功。
做功的大小取决于物体受到的摩擦力大小和物体运动的距离,可以用以下公式表示:功 = 摩擦力× 运动距离摩擦力做功的结果是将物体的机械能转化成了热能,这个过程被称为摩擦损失。
摩擦损失的大小取决于物体的材料、表面粗糙度、运动速度等因素。
二、摩擦生热摩擦力做功的结果是将物体的机械能转化成了热能,这个过程被称为摩擦生热。
摩擦生热的大小取决于物体的摩擦系数、运动速度、接触面积、表面粗糙度等因素。
在日常生活中,我们可以通过一些简单的实验来观察摩擦生热的现象。
例如,我们可以用手指来摩擦两个相同的物体,例如两个塑料球,摩擦时会感觉到手指被热了。
这是因为摩擦力做功将物体的机械能转化成了热能,导致物体的温度升高。
摩擦力做功和摩擦生热有着密切的关系。
摩擦力做功将物体的机械能转化成了热能,导致摩擦生热。
而摩擦生热又会导致物体的温度升高,进一步增加了摩擦力做功的大小。
因此,摩擦力做功和摩擦生热是一种相互作用的关系。
在工程设计和科学研究中,我们需要考虑这种相互作用的影响,以便更好地了解物体的运动规律和摩擦损失情况,从而进行更有效的设计和研究。
摩擦力不仅会阻碍物体的运动,还会产生热量。
摩擦力做功将物体的机械能转化成了热能,导致摩擦生热。
摩擦力做功和摩擦生热是一种相互作用的关系,需要在工程设计和科学研究中加以考虑。
高中物理摩擦力做功的常见问题分享
高中物理摩擦力做功的常见问题分享
在高中物理中,摩擦力是一个重要的概念。
它可以对物体在表面上移动时产生阻力,同时也可以做功。
以下是一些关于摩擦力做功的常见问题的分享:
1. 什么是摩擦力?
摩擦力是当两个物体相对运动或试图相对运动时在接触点上产生的力。
它的方向与物体相对运动的方向相反,可以阻止物体在表面上滑动。
2. 摩擦力如何做功?
当一个物体在一个表面上移动时,摩擦力可以做功。
摩擦力做的功等于摩擦力乘以物体在运动方向上的位移。
这是因为摩擦力与物体的位移方向相反,所以摩擦力做的功是负的。
3. 摩擦力做功的公式是什么?
摩擦力做功的公式是:功 = 摩擦力× 位移× cosθ,其中θ是摩擦力与物体运动方向之间的夹角。
5. 摩擦力做功的效果是什么?
摩擦力做的功会将物体的机械能转化为热能。
这是因为摩擦力会产生摩擦热,使物体的温度升高。
所以,摩擦力做的功可以导致能量的转化和损失。
7. 如何增加摩擦力做的功?
要增加摩擦力做的功,可以增加物体的质量或增大物体在运动方向上的加速度。
这可以使摩擦力增大,从而增加做功的量。
高中物理中涉及到摩擦力做功的问题有很多,上述是一些常见问题的分享。
摩擦力的作用是阻止物体在表面上滑动,并可以做功将物体的机械能转化为热能。
摩擦力做的功的公式是功 = 摩擦力× 位移× cosθ,摩擦力与物体的位移方向相反,所以功为负值。
静摩擦力做的功通常比动摩擦力做的功小,要增加摩擦力做的功可以增加物体的质量或加速度。
相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和
相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和滑动摩擦力是物体相互作用的一种力,当两个物体相对滑动时,摩擦力会产生,摩擦力会对物体做功。
本文将讨论相互作用的一对滑动摩擦力做功的代数和,并分析其影响因素。
滑动摩擦力的大小与两个物体间的接触面积以及物体的粗糙程度有关。
根据摩擦力的定义,滑动摩擦力的大小等于两个物体间的正压力与摩擦系数的乘积。
正压力的大小取决于物体所受的外力以及重力的作用,而摩擦系数则是物体表面性质的一个常数。
滑动摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反。
当物体相对滑动时,摩擦力的方向与运动方向相反,这样可以减小物体的速度。
反之,如果物体相对滑动速度减小或停止,摩擦力的方向将与运动方向相同,从而阻止物体滑动。
现在假设有两个物体A和B,A的质量为m1,B的质量为m2,两个物体之间的接触面积为S,摩擦系数为μ。
物体A施加一个作用在物体A上的力F1,物体B施加一个作用在物体B上的力F2、由于A和B之间的摩擦力的方向与物体的运动方向相反,所以F2的方向与F1的方向相反。
当物体A相对于物体B滑动时,滑动摩擦力对物体A做正功,对物体B做负功。
我们先来计算摩擦力对物体A做的功。
物体A的加速度a等于物体A所受的合外力F1减去摩擦力Ff1除以物体A的质量m1,即a=(F1-μm1g)/m1、这里g为重力加速度。
设A在时间t内的位移为s,使用运动学公式s = (1/2)at^2 + v0t,其中v0为A的初始速度,由于A的初速度为0,可以化简为s =(1/2)at^2A的速度v = at,所以A所受的摩擦力Ff1 = μm1g。
A所受的摩擦力对A做的功W1 = Ff1 · s = μm1g · (1/2)at^2、将Ff1代入,得到W1 = μm1g · (1/2)a(2s/a)^2 = μm1g(s^2/a) =(1/2)μm1g(s^2/a)。
现在我们来计算摩擦力对物体B做的功。
根据牛顿第二定律,物体B的加速度b等于物体B所受的合外力F2减去摩擦力Ff2除以物体B的质量m2,即b=(F2+μm2g)/m2、这里g为重力加速度。
高中物理摩擦力做功的常见问题分享
高中物理摩擦力做功的常见问题分享问题一:木板上放有一物块,木板被斜放,物块由静止开始沿斜面向下滑动,摩擦力造成的摩擦力做功的关系是什么?答案:当物块从静止开始沿斜面向下滑动时,其中的一部分势能将被转化为运动能,而另一部分将被消耗。
摩擦力在这个过程中所造成的摩擦力做功将抵消掉物块的机械能,使得它的速度逐渐降低。
此外,当物块滑动到底部时,其机械能也将完全消失,摩擦力做功也将达到最大值。
问题二:设一物体在一个水平面上沿某一方向前进,重力作用力的方向与运动方向相反,摩擦力的大小、方向及所做功是否会随着速度变化而变化呢?答案:当物体处于匀速直线运动时,摩擦力的大小和方向将始终保持不变,摩擦力做功也将是恒定的。
然而,当物体加速或减速时,其速度发生改变,摩擦力做功的大小和方向也会随之改变。
当物体加速时,其速度变快,摩擦力做功的大小将变小;当物体减速时,其速度变慢,摩擦力做功的大小将变大。
需要注意的是,摩擦力做功方向始终与物体的运动方向相反。
问题三:一个物体在光滑表面上滑动,不受到摩擦力的影响。
如果将物体放在一个有摩擦力的斜面上使其下滑,则摩擦力所做的功与物体沿斜面下落增加的重力势能的大小之间有何关系?答案:由于物体在斜面上下滑,其沿斜面下落增加的重力势能将被一部分转化为运动能,而另一部分则被摩擦力所消耗。
因此,当物体滑动时,摩擦力做功的大小将始终小于物体沿斜面下落增加的重力势能的大小。
此外,摩擦力做功的方向始终与物体的滑动方向相反。
问题四:一个物体沿光滑的竖直方向下落,它与桌面之间的摩擦力忽略不计。
如果物体以一定的速度击中地面,摩擦力所做的功将会是多少?答案:当物体与地面相撞时,其机械能将完全转化为热能和声能,并被环境所吸收。
因此,摩擦力在这个过程中并没有做功。
总之,摩擦力做功是一个较为复杂的物理现象,它与物体的运动方向、速度、表面摩擦系数等因素密切相关,在解决相关问题时需要综合考虑诸多因素。
以上为几个高中物理学生常见的摩擦力做功问题及其解答,希望能为学生们提供一些帮助。
摩擦力做功问题及求变力做功的几种方法(学生版)-高考物理热点模型
摩擦力做功问题及求变力做功的几种方法学校:_________班级:___________姓名:_____________模型概述1.摩擦力做功问题1)无论是静摩擦力还是滑动摩擦力都可以对物体可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。
2)静摩擦力做功的能量问题①静摩擦做功只有机械能从一个物体转移到另一个物体,而没有机械能转化为其他形式的能。
②一对静摩擦力所做功的代数和总等于零,而总的机械能保持不变。
3)滑动摩擦力做功的能量问题①滑动摩擦力做功时,一部分机械能从一个物体转移到另一个物体,另一部分机械能转化为内容,因此滑动摩擦力做功有机械能损失。
②一对滑动摩擦力做功的代数和总是负值,总功W =-F f ⋅x 相对,即发生相对滑动时产生的热量。
2.求变力做功的几种方法1.用W =Pt 求功当牵引力为变力,且发动机的功率一定时,由功率的定义式P =W t,可得W =Pt .1)“微元法”求变力做功:情形一:当力的大小不变,而方向始终与运动方向相同或相反时,力F 做的功与路程有关,W =Fs 或W =-Fs ,其中s 为物体通过的路程.情形二:当力的大小不变,运动为曲线时,将物体的位移分割成许多小段,因小段很小,每一小段上作用在物体上的力可以视为恒力,这样就将变力做功转化为在无数多个无穷小的位移上的恒力所做功的代数和,此法适用于求解大小不变、方向改变的变力做功.【举例】质量为m 的木块在水平面内做圆周运动,运动一周克服摩擦力做功W f =F f ⋅Δx 1+F f ⋅Δx 2+F f ⋅Δx 3+...=F f ⋅(Δx 1+Δx 2+Δx 3+...)=F f ⋅2πR2)“图像法”求变力做功:在F -x 图像中,图线与x 轴所围“面积”的代数和就表示力F 在这段位移内所做的功,且位于x 轴上方的“面积”为正功,位于x 轴下方的“面积”为负功,但此方法只适用于便于求图线与x 轴所围面积的情况(如三角形、矩形、圆等规则的几何图形).【举例】一水平拉力拉着一物体在水平面上运动的位移为x 0,图线与横轴所围面积表示拉力所做的功,W =F 0+F 12x3)“平均力”求变力做功:当力的方向不变而大小随位移线性变化时,可先求出力对位移的平均值F =F 0+F 12,再由W =F l cos θ计算,如弹簧弹力做功.【举例】弹力做功,弹力大小随位移线性变化,取初状态弹力为0,则W =F x =0+F k 2x =0+kx 2x =12kx 24.应用动能定理求解变力做功:在一个有变力做功的过程中,当变力做功无法直接通过功的公式求解时,可用动能定理W 变+W 恒=12mv 22-12mv 21,物体初、末速度已知,恒力做功W 恒可根据功的公式求出,这样就可以得到W 变=12mv 22-12mv 21-W 恒,就可以求出变力做的功了.【举例】用力F 把小球从A 处缓慢拉到B 处,F 做功为W F ,则有:W F +W G =0⇒W F -mgl (1-cos θ)=0⇒W F =mgl (1-cos θ)5)等效转换法求解变力做功:将变力转化为另一个恒力所做的功。
关于摩擦力作功问题的讨论
关于摩擦力作功问题的讨论XXX学号: 1412310733001永济市XX中学山西 044500摘要:本文主要讨论了摩擦力作功的问题.主要从具体实例入手对摩擦力做正功、做负功和不做功等问题进行了剖析,分别说明了滑动摩擦力和静摩擦力均有不做功,做正功和做负功的情况,指出了静摩擦力做功与滑动摩擦力做功的主要区别。
并提出了分析摩擦力做功的基本方法。
关键词:摩擦力;滑动摩擦力;静摩擦力;做功;不做功……引言:摩擦力和摩擦力作功本身就是一个很复杂的问题,人们常会出现以下几种模糊不清的认识:“滑动摩擦力和滚动摩擦力总是阻碍物体运动的,所以滑动摩擦力和滚动摩擦力一定做负功”,“静摩擦力一定不做功”等,很多学生对静摩擦力和动摩擦力做不做功,做什么功等具体情况分析不清楚,因此,本文从日常生活中的实例入手,对摩擦力做功的问题进行分析讨论.正文:由牛顿第二定律我们知道,力是改变物体运动状态的原因。
显然,要使物体由静止开始运动,就要给予物体动力,或推或拉。
一旦动力消失,运动就会慢慢停下来。
我们并未施加任何使物体停止的作用力,那是什么使物体停下来了呢?是物体与物体之间产生的作用力,这个力阻止了物体的运动,使它最终停下来,这个力就是摩擦力。
发生在物体接触面之间的这种现象就叫摩擦。
通过对现实生活中物体运动的具体情况分析,我们发现摩擦力可以分静摩擦和动摩擦两种。
若两相互接触,而又相对静止的物体,在外力作用下如只具有相对滑动趋势,而又未发生相对滑动,则它们接触面之间出现的阻碍发生相对滑动的力叫做静摩擦力。
例如,拿在手中的瓶子、毛笔不会滑落,就是静摩擦力作用的结果。
能把线织成布,把布缝制成衣服,也是靠纱线之间的静摩擦力的作用,皮带运输机是靠货物和传送皮带之间的静摩擦力把货物送往别处。
若两相互接触,而又相对运动的物体,在外力作用下发生了相对运动,则它们接触面之间出现的阻碍发生相对运动的力叫做动摩擦力。
例如每天女士往脸上擦化妆品,手不断地在脸上擦来,手和脸之间的摩擦就是滑动摩擦力你每天玩电脑时鼠标不断地在鼠标垫上运,之间的摩擦就是滑动摩擦力滑动摩擦力与静摩擦力的最主要的区别就是是否发生相对滑动!滑动摩擦力是两个相互接触的物体,接触面有弹力存在且相互发生相对滑动。
由一对摩擦力做功引起的思考
轻 ■ 例2 一位质量为 m的运动员从下蹲状态向上
起跳 , 经△ £ 时 间, 身 体 伸 直 并 刚好 离 开 地 面 , 速 度 为
.
在此 过程 中 (
) .
在 研究 作用 力 和反 作用
力做 功的关 系时, 分 析 了这 样 一 个 过 程 , 如 图
图3
据动 能 定 理 W合: △ E k ,
合力 一定对 其 做 正 功 , 在这里 , 人 对 车 的摩 擦 力 即 车
河北
所受 合力 , 所 以人一定 对 车做 了正 功. 根据 “ 一对 相 互
直 以来 , 在 高 中功 的 教学 中存 在 着 误 区 , 认 为
作用 的摩 擦 力 做 功 的代 数 和 不 可 能 为 正 值 ” 这 一 结
并没 有位 移 , 所 以地 面对 人不做 功.
例 3 如 图 4所
示, 人 在 地 面 正 常 行 走
时( 不 打滑) , 地 面 对 人 做 功吗 ? 分析 因为 地 面给 图4
力、 支持 力 和摩擦 力 3
图2
个力 的作 用 , 因为 人 在 奔跑 过 程 中要 向后 蹬 车 , 所 以
图6 ) , 平 板 上 放 一 质 量 m 的 物 体 B, A、 B 之 间 动 摩 擦 因 数 为
.
草 韧 高 中 物 理
窿
◇ 重庆 秦 红 霞
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 t . 求: ( 1 ) 摩 擦 力对 A所 做 的功 ; ( 2 ) 摩
论, 车对人 一 定 做 了 负 功. 但 如 何具 体 解 释 负 功 的 问 题 呢?我 们不 妨看下 面 的例子 .
高中物理摩擦力做功的常见问题分享
高中物理摩擦力做功的常见问题分享【摘要】摩擦力在物理学中是一种常见的力,对物体进行做功。
高中物理中学习摩擦力做功的原因是因为它是力学中一个重要的概念。
摩擦力是由物体表面粗糙程度和接触面积决定的。
摩擦力做功的条件是物体间有相对运动,并且摩擦力方向和移动方向相反。
摩擦力做功的计算公式是功=摩擦力*位移*cosθ。
摩擦力做功与机械能守恒是有关系的,它会导致机械能的损失。
摩擦力做正功的情况是物体沿着力的方向移动。
在高中物理中,学习摩擦力做功可以帮助我们更好地理解力学的基本原理,而且在工程、运动学等领域都有广泛的应用。
进一步学习摩擦力做功有助于提升对物理学的理解能力。
【关键词】关键词: 摩擦力、做功、高中物理、条件、计算公式、机械能守恒、正功、重要性、应用、意义1. 引言1.1 什么是物理学中的摩擦力?摩擦力是物理学中一个非常重要的概念,它是指两个物体之间接触面上的相互作用力。
当两个物体相对运动或者试图相对运动时,这种力就会出现。
摩擦力可以分为静摩擦力和动摩擦力两种类型,静摩擦力是指当物体静止时的摩擦力,而动摩擦力是指物体发生相对运动时的摩擦力。
在物理学中,摩擦力是一种阻碍物体运动的力,它会消耗物体的动能,使得物体运动速度减慢或停止。
摩擦力是一种非常普遍的力,几乎在日常生活的各个场景中都会出现。
行驶在路面上的汽车受到地面的摩擦力阻碍而减速,拖着箱子在地面上运动时也受到摩擦力的作用。
摩擦力在物理学中扮演着非常重要的角色,它影响着物体的运动状态和能量转化,是我们研究物体之间相互作用的重要课题。
深入理解摩擦力的性质和作用机制,有助于我们更好地掌握物体的运动规律和能量转化过程。
1.2 为什么摩擦力会对物体做功?摩擦力会对物体做功是因为在物体表面接触的两个物体之间存在相对运动或相对倾斜的情况下,其中的分子和原子之间的互相作用力会使得一个物体相对于另一个物体发生位移,这时候摩擦力就会对物体做功。
在实际情况中,物体之间的接触面并不是绝对平滑的,这就导致了在物体移动或倾斜的过程中会有一定程度的阻力产生,即摩擦力。
小议摩擦力做功
必 然做 负功 . ③ .一 个 滑动摩 擦 力 做 负 功 ; 一 个 滑 动摩 擦 力 另 可做负 功 , 可不做 功 , 可 以做 正功 , 做 正 功 时 必小 也 但
于负功 的绝 对值 .
生 的心智 之火 , 激发 学 生去 探求 、 去思 索 , 拨 云见 日 有
之 功效. 下面 是本人 在 教学 实践 中总结 的变 式题 的具
摩擦 力作 用. 煤块 所受 滑动 摩擦 力 方 向与位 移 方 向相
由于匀速 运 动 , 以 B 对 A 的静 摩 擦 力 F,向 所
左, 显然 B对 A 的静摩 擦力 F 做 负功 , 为 且
W 一 一 ;
又 由牛顿第 三定律 可 以知 道 : 对 B 的静 摩擦力 A
同 , 以滑动摩 擦 力 对 煤 块 做正 功 , 块 的速 度 和 动 所 煤 能不 断增加 , 直到 煤 块 速 度与 传 送 带 相 等 时 , 动摩 滑
◇
河南
王
震
关 于 摩擦 力 做 功 的 问题是 高 中物理 学 习 中 的一
个难 点 , 现通 过 问题 的形式 小结 如下 :
功, 且做 功 的绝 对值相 等 ,
② 一 个静 摩擦 力不做 功 , 另一 个静摩擦 力也 必然
不做 功.
问题 1 静摩擦 力能否 做功 如 图 1 示: 所 用水 平外力 F拉放 在水 平地 面上 的 物体 , 但没有拉 动 , 时地 面对物体 摩擦 力 F, 此 为静 摩
问题 3 一对 静摩擦 力做 功之和等 于零 有什么 意义 我们知 道 : 功是 能 量 转 化 的量 度 , 功 的过 程 就 做
是能 量转化 的过程 , 既然一 对 相互 作用 的静摩 擦力 做
曲面上的摩擦力做功问题探讨
曲面上的摩擦力做功问题探讨曲面上的摩擦力做功问题探讨在物理学中,摩擦力是指两个物体在相互接触时的相互作用力,对于常见的摩擦力,其方向与两个物体的相对运动方向相反。
在曲面上滑动的物体,由于曲面不平滑,因此摩擦力的大小和方向也会发生变化,因而对于曲面上的物体做功问题,需要进行仔细的探讨。
一、曲面上的摩擦力起源摩擦力来源于物体表面的不规则凸起,当一个物体在另一个物体表面上滑动时,摩擦力将阻碍其运动,也即摩擦力是由两个物体之间的表面相互作用引起的。
二、曲面上的杆的滚动摩擦力做功杆的滚动摩擦力是曲面上的一类典型运动,当杆在地面或任意曲面上滚动时,摩擦力不仅阻碍杆的滚动,同样也会产生一定大小的力矩,做功为:$$W_{fr}=f_sg\cdot \mu_k\cdot d=\dfrac12mv^2-\dfrac12mu^2$$其中,$f_s$为摩擦力,$g$为重力加速度,$\mu_k$为滚动摩擦系数,$d$为杆在地面上滚动的距离,$m$为杆的质量,$v$为杆的末速度,$u$为杆的初速度。
三、不规则曲面与滑动摩擦力当一个物体在不规则曲面上滑动时,由于曲面的不规则性,摩擦力大小将不一定相同,方向也可能会改变,进而导致物体在不同位置做功不同。
在曲面上滑动时,摩擦力可以分为静摩擦力和动摩擦力两种。
静摩擦力是指物体开始运动前摩擦力的最大值,动摩擦力则是物体已经开始运动后需要克服的摩擦力。
四、曲面摩擦力做功计算公式曲面上物体做功的计算公式需要根据不同的情况来决定,比如在滑动摩擦力作用下,曲面上的物体所做的功为:$$W_{fr}=frd=\dfrac12mv^2-\dfrac12mu^2$$其中,$f$为摩擦力,$r$为物体在曲面上滑动的路程,$m$为物体的质量,$v$为物体的末速度,$u$为物体的初速度。
五、结论综上所述,曲面上的摩擦力的大小和方向会因曲面的不平滑而发生变化,因而对于曲面上的物体做功问题,需要仔细考虑摩擦力的性质以及对物体运动产生的影响,才能得出正确的计算公式。
摩擦力作功与摩擦生热相关问题的探讨
摩擦力作功与摩擦生热相关问题的探讨摩擦力属于接触力。
其特性取决于相互作用的两物体的状态而不是单个物体。
相互作用的两物体运动状态的不同使得摩擦力具有不同的表现规律,故而有静摩擦力、相对滑动摩擦力以及滚动摩擦力之分[1~2]。
摩擦力作功和摩擦生热在学习力学时常遇到,人们在学习的过程中很容易混淆两者的物理意义,为此在解决做功与生热的问题上经常出现错误,所以我们认为有必要对摩擦力做功的特点以及在摩擦力做功过程中的能量转化情况进行分析和研究,以弄清上述问题。
1 参照系对摩擦力做功与摩擦生热的影响先提出一个问题:如图1所示,质量为M的物体在摩擦系数为的水平地面上移动,物体与地面的接触面上由于存在大小为的摩擦力而生热。
从地面参照系看是摩擦力f对物体做了负功,把物体的动能转化为热能了;但从物体参照系看,物体并没有位移,根据知道此摩擦力f不做功,那么系统中产生的热量又是从何而来?这个矛盾如何解释呢?首先,做功是因参照系而异,在不同参照系中计算做功的结果可以大不相同,所以在上例中,同一个摩擦力的功在地面参照系中计算与在物体参照系中计算结果不同并无矛盾。
问题是,以物体作为参照系,摩擦力所做的功为零了,这“热”又如何产生?我们知道本例中原来没有热,物体在地面移动后才有了热,从能量转化的角度看,一定是由其它能量转化来的,而从作功的物理意义看,能量的转换是通过作功来实现的。
因此,是地面上有另外一个摩擦力它是物体所受摩擦力的反作用力,因此,以物体为参考系,地面应有一个反方向的位移,故地面上这个摩擦力也作了负功,从而“摩擦生热”了。
不同参照系中计算作功的结果可以大不相同,所以在研究摩擦力做功时一定要指明参考系。
2 摩擦力做功与摩擦生热的关系再举一例,如图2,在水平传送带上,有一个质量为M的物体以速度v随传送带移动,众所周知,物体之所以会随传送带移动是因为作用在物体上的静摩擦力f做功的结果,静摩擦力f做功使物体获得了动能,但此时静摩擦力做功并没有产生热。
高一物理关于摩擦力做功的几个结论知识点分析
高一物理关于摩擦力做功的几个结论由于物体间的作用力总是成对出现,大小相等,方向相反,所以,对相互摩擦的两个物体来说,一对静摩擦力做功的代数和必为零(力和位移的大小都相等);一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零(力的大小相等,而位移的大小不等)。
1、一对滑动摩擦力做功的代数和,等于滑动摩擦力的大小和相互摩擦的两个物体相对位移的乘积,即相对f s 'W W f f =+例1 如图1所示,质量为M 的木块静止在光滑水平面上,一颗质量为m 的子弹,以初速度水平飞来,钻入木块的深度为d ,设子弹与木块的作用力恒定,子弹钻入木块过程中木块前进的距离为,则摩擦力对两物体做功的代数和为_______。
分析:根据动量守恒定律,子弹和木块最终的共同速度 m M mv v 0+=根据动能定理:对子弹有220mv 21mv 21)d s (F -=+对木块有2Mv 21Fs =摩擦力对子弹做负功,对木块做正功。
因此,摩擦力对两物体做功的代数和为 )m M (2Mmv mv 21v )m M (21Fd )d s (F Fs 20202+-=-+=-=+- 2、滑动摩擦力和相互摩擦的两个物体相对位移的乘积等于摩擦产生的热量,即Q f s =相对 例2 如图2所示,长为d=的物体A 静止在光滑水平地面上,一小物体B 以水平速度飞来,刚好从A 的上表面擦过。
如果从B 和A 接触到离开的全过程中,A 、B 间相互作用的摩擦力是10N ,且在上述过程中A 被带动前进了,则在此过程中,A 、B 的机械能转化为内能_________J 。
分析:A 对B 的摩擦力做负功,根据动能定理,B 减少的动能 )J (111.110f s E B 1k =⨯==∆B 对A 的摩擦力做正功,根据动能定理,A 增加的动能)J (66.010f s E A 2k =⨯==∆A 、B 的机械能转化为内能的值应等于A 、B 损失的机械能,即J 5)s s (f E E Q A B 2k 1k =-=∆-∆=即摩擦力和两个物体相对位移的乘积等于摩擦生成的热。
摩擦力做功的特点解析
摩擦力做功的特点解析摩擦力是物体之间相对运动时产生的阻碍运动的力,它对物体的运动有着重要的影响。
当物体受到摩擦力作用时,摩擦力会对物体进行功的转化。
摩擦力做功的特点可以从以下几个方面进行解析。
首先,摩擦力做功的特点之一是能量转化。
在物体相对运动时,摩擦力将部分物体的机械能转化为热能。
当两个物体相互摩擦时,由于摩擦力的作用,物体的动能会逐渐减小,同时热能会逐渐增加。
这是因为摩擦力背后的机理是由两个物体之间的相互作用引起的微观力。
其次,摩擦力做功的特点之二是方向相反。
摩擦力的方向与物体相对运动的方向相反,这意味着摩擦力对物体的运动起到了阻碍的作用。
摩擦力的大小与物体之间的接触面积、表面粗糙程度、受力物体的质量以及动摩擦系数等因素有关。
当物体与支持面之间没有相对滑动时,称为静摩擦。
当物体具有相对滑动时,称为动摩擦。
此外,摩擦力做功的特点之三是与速度相关。
摩擦力的大小与物体相对速度有关。
当物体的速度增大时,摩擦力也随之增大。
相反,当物体的速度减小时,摩擦力也会减小。
这与物体表面的粗糙程度有关,当物体的相对速度增加时,物体表面的接触点也随之增多,从而增大了摩擦力的大小。
此外,摩擦力做功的特点之四是滑动摩擦与滚动摩擦的不同。
滑动摩擦是指物体相对滑动时产生的摩擦力,例如两个物体在相对滑动时,摩擦力将物体的机械能转化为热能。
而滚动摩擦是指物体进行滚动时产生的摩擦力,例如一个轮子在地面上滚动时,摩擦力既可减小物体的速度,也可增加物体的速度。
总结起来,摩擦力做功的特点主要包括能量转化、方向相反、与速度相关以及滑动摩擦与滚动摩擦的不同。
这些特点在物体的运动过程中起着重要的作用,使物体的运动受到了限制或改变。
在实际生活中,我们需要充分理解和利用摩擦力的作用,以便更好地控制和调节物体的运动。
斜面上摩擦力做功的结论与应用
斜面上摩擦力做功的结论与应用摩擦力是物体表面接触时产生的一种阻碍物体相对运动的力。
在斜面上,摩擦力的作用可以产生一定的功。
本文将探讨斜面上摩擦力做功的结论以及其在实际应用中的意义。
我们来看一下斜面上摩擦力做功的结论。
当物体沿斜面下滑时,摩擦力的方向是与运动方向相反的。
根据功的定义,功等于力乘以位移。
在摩擦力的作用下,物体在斜面上下滑的过程中,摩擦力的方向与位移的方向相反,因此摩擦力所做的功是负功。
这意味着斜面上摩擦力对物体的运动有一定的抑制作用,使物体的动能减小。
然而,在某些情况下,我们可以利用斜面上摩擦力做功来实现一些实际应用。
下面将介绍几个常见的应用例子。
第一个例子是滑雪运动。
滑雪是一项冬季运动,运动员通过在雪地上滑行来获取乐趣。
在滑雪的过程中,运动员会选择一定角度的斜坡,利用斜面上的摩擦力来控制滑行速度。
斜面上的摩擦力会产生一定的阻力,使运动员的滑行速度降低,从而保证滑雪的安全性和稳定性。
第二个例子是运用摩擦力做功的机械装置。
在一些机械装置中,我们可以利用斜面上的摩擦力来实现一些工作。
例如,斜面上的滑轮系统可以将斜面上的垂直力转化为水平力,从而实现物体的运动。
这种机械装置常用于提升重物、拉动货物等工作场景中。
第三个例子是制动系统。
在汽车、自行车等交通工具中,制动系统起到了关键的作用。
制动系统利用斜面上的摩擦力来减慢或停止运动物体的运动。
例如,在汽车的制动系统中,制动盘与刹车片之间通过摩擦力来实现汽车的制动。
斜面上的摩擦力会将车轮的动能转化为热能,使车辆减速或停止。
除了上述的应用例子,斜面上摩擦力做功还可以应用于其他领域。
例如,在生活中,我们常常使用斜面来移动重物,利用斜面上的摩擦力来减小我们的力气。
在工业生产中,斜面也被广泛应用于物料输送、装卸等操作中,利用摩擦力来实现物料的运动。
总结起来,斜面上摩擦力做功的结论是摩擦力所做的功是负功,对物体的运动有一定的抑制作用。
然而,在实际应用中,我们可以利用斜面上摩擦力做功来实现一些目标,如控制滑行速度、实现机械工作、制动等。
摩擦力与相互作用力做功讨论
摩擦力与相互作用力做功讨论一、关于摩擦力做功的讨论:1、静摩擦力做功情况:模型1:如图,一个质量为m的物体在水平外力F作用下静止在地面上,求物体所受的摩擦力f和地面所受的摩擦力f’的做功是多少?模型2:如图,物体A、B相对静止,在水平外力F的作用下沿光滑水平面向前滑行了S的位移,求A所受的摩擦力f和B所受的摩擦力f’的做功是多少?综上所述:静摩擦力做功情况:。
一对静摩擦力对系统做功情况:。
2、滑动摩擦力做功情况:模型3:如图,一质量为m的物体在水平外力F作用下沿水平面匀速运动了S的距离,求物体所受的摩擦力f和地面所受的摩擦力f’的做功是多少?模型4:如图,木板B长为L,静止在光滑水平面上,一个小物体A以速度v0滑上B的左端,当A恰好滑到B的右端时恰好相对B静止,此时物体B运动了S的位移,试判断A、B间摩擦力的做功情况。
模型5:光滑水平面上静止有两物体A、B,B板长度为L,现给A加上一水平向右的力F1,给B加上水平向左的力F2,如图所示,两物体从静止开始运动,直到两物体分离,试分析A、B间摩擦力的做功情况。
综上所述:滑动摩擦力做功情况:。
W f =W f’=这一对静摩擦力对系统做功总和为:W f =W f’=这一对静摩擦力对系统做功总和为:W f =W f’=这一对静摩擦力对系统做功总和为:B对A的摩擦力:W f =A对B的摩擦力:W f’=这一对静摩擦力对系统做功总和为:V0 VB对A的摩擦力:W f =A对B的摩擦力:W f’=这一对静摩擦力对系统做功总和为:一对滑动摩擦力对系统做功情况:。
二、作用力与反作用力做功1、如图所示,静止在光滑冰面上的两个游戏者彼此将对方推开这一过程,在彼此离开前作用力与反作力做功分析结论:2、如图所示,在两个小车上固定两块强力的磁铁,让磁铁的N极(S极)相对放在光滑的水平桌面上。
现让两小车相向运动,在向中间靠近的过程中,作用力与反作用力做功分析结论;3、如图所示,静止在光滑水平面上的小车,上表面粗糙,具有一定初速度的小物体从小车的一端滑向另一端的过程中,它们间的摩擦力是一对作用力与反作用力,做功分析4、如图所示,在光滑冰面上的运动员站在竖直的墙壁前,用手推一下墙壁,运动员会向后滑去,墙壁与运动员之间的作用力做功分析结论:5、如图所示,一固定斜面上有一物体正沿斜面下滑,在物体下滑的过程中,斜面对物体的支持力与物体对斜面的压力是一对作用力与反作用力,做功分析结论;。
静摩擦力、滑动摩擦力做功问题附答案
模型2:如图,物体A 、B 相对静止,在水平外力F 的作用下沿光滑水平面向前滑行了S 的位移,求A 所受的摩擦力f 和B 所受的摩擦力f ’的做功是多少?少?综上所述:静摩擦力做功情况:综上所述:静摩擦力做功情况: (1)静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功。
(2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零。
一对静摩擦力对系统做功情况:一对静摩擦力对系统做功情况:(3)在静摩擦力做功的过程中,只有机械能的相互转移(静摩擦力起着传递机械能的作用),而没有机械能转化为其它形式的能。
F W f = 0 W f’ = 0 这一对静摩擦力对系统做功总和为:为: 0A B A B F F S W f = fs W f’ = -fs 这一对静摩擦力对系统做功总和为:为: 0静摩擦力、静摩擦力、滑动摩擦力滑动摩擦力做功问题的讨论【学习目标】1.1.理解静摩擦力和滑动摩擦力做功的特点;理解静摩擦力和滑动摩擦力做功的特点;理解静摩擦力和滑动摩擦力做功的特点;2. 2. 2.理解摩擦生热及其计算。
理解摩擦生热及其计算。
理解摩擦生热及其计算。
【回顾摩擦力和功的概念】摩擦力可分为静摩擦力和滑动摩擦力,摩擦力可分为静摩擦力和滑动摩擦力,方向与物体的相对运动趋势方向或相对方向与物体的相对运动趋势方向或相对运动方向相反。
运动方向相反。
a cos Fs W =(其中F 为力的大小,s 为物体位移的大小,α为力和位移的夹角)【关于摩擦力做功的讨论】1、静摩擦力做功情况:模型1:如图,一个质量为m 的物体在水平外力F 作用下静止在地面上,求物体所受的摩擦力f 和地面所受的摩擦力f ’的做功是多少?的做功是多少?模型4:如图,木板B 长为L ,静止在光滑水平面上,一个小物体A 以速度v 0滑上B 的左端,当A 恰好滑到B 的右端时恰好相对B 静止,此时物体B 运动了S 的位移,试判断A 、B 间摩擦力的做功情况。
间摩擦力的做功情况。
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关于摩擦力做功问题的讨论【内容摘要】摩擦力(包括静摩擦力和动摩擦力)的大小和方向必须通过实际的运动性质才能判定,所以摩擦力做功具有不确定性。
本文结合高中物理教学实际,对摩擦力做功问题进行分析、讨论,总结,以形成规律。
【关键词】静摩擦力 动摩擦力 正功 负功 能量在现代摩擦理论中,摩擦力产生的机理是极复杂的,是必须在分子尺度内才能加以说明的,由于分子力的电磁本性,摩擦力可以说是电磁相互作用而引起的。
就中学阶段而言,摩擦力是互相接触的两个物体,当有相对运动或相对运动趋势时,在它们接触面上出现的阻碍相对滑动的力。
高中阶段摩擦力分两种:静摩擦力和滑动摩擦力。
静摩擦力可以从零到最大静摩擦力之间变化,所以它的大小必须由外力来确定;滑动摩擦力则必须由摩擦因数及正压力共同决定即N F F μ=,摩擦因数与材料有关,正压力则与运动的形式及性质有关。
所以滑动摩擦力大小和方向,与物体所处的运动状态有关。
功是力在运动过程中的空间累积效应的量度。
在经典力学中也称为机械功。
在高中阶段,恒力对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦这三者的乘积。
即cos W Fs θ=,其中cos s θ是在力的方向上通过的位移大小。
由于运动具有相对性,故在力的方向上通过位移也具有相对性。
综上所述可知,要想计算摩擦力所做的功,就必须同时确定摩擦力的大小及在摩擦力方向上通过的位移大小。
由此可知,摩擦力做功具有不确定性。
下面就这一问题,从摩擦力做功的特点,逐一讨论摩擦力做功的问题。
一、静摩擦力的功在相互挤压的物体的接触面间有相对滑动趋势,但还没有发生相对滑动的时候,接触面间会出现阻碍相对滑动的力,这个力即为静摩擦力。
静摩擦力虽然是在两物体没有相对位移的条件下出现的力,但这不等于静摩擦力做功一定为零。
因为受静摩擦力作用的物体依然可以相对地面或其他参考系发生位移,这个位移如果不与静摩擦力垂直,则静摩擦力必定做功:如图1所示,水平地面上的物体A 和B 在外力F 的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f 的方向水平向右,与它们的位移方向相同,所以A 对B 的静摩擦力对B 做正功。
如图2所示,物体A 、B 以初速度0v 滑上粗糙的水平面,能保持相对静止地向右做匀减速运动,则在此过程中,A 对B 的静摩擦力f 的方向水平向左,与它们的位移方向相反,所以A 对B 的静摩擦力对B 做负功。
当然,若受到静摩擦力作用的物体若相对于某一参考系没有发生位移,摩擦力也就不做功了。
从以上两例中我们还注意到,若从能量的角度来看,在静摩擦力做功的过程中,机械能只发生了相互转移,并未转化为其他形式的能量。
另外,对相互有静摩擦力作用的两个物体而言,由于两物体相对静止,则两物体相对同一参考系的位移必相同,所以这一对静摩擦力一个做正功,一个做负功,且功的大小相等,它们的代数和为零。
综上所述可知,静摩擦力做功有以下几个规律:(一)静摩擦力可以做正功,可以做负功,还可以不做功;(二)在静摩力做功的过程中,系统中只有机械能的相互转移,也就是说,静摩擦力做功不会产生热。
(三)相互作用的系统内,一对静摩擦力所做的功的代数和必为零。
但在实际教学实践中,经常发现有些学生甚至极少数教师会在静摩擦力做功问题上认识不清,现将典型错例列举如下:错例1:人走路时,人脚受地面的静摩擦力对人做正功。
不少人认为:人从静止到走动起来的过程中,地面给人脚的静摩擦力方向与人行走的方aa 图2a图1向一致,所以人增加的动能是地面对人脚的静摩擦力做正功的结果。
这种观点其实是没有根据的。
人走路时无论是脚向后蹬还是抬脚向前迈的瞬间,脚相对地都没有位移,所以地面对人脚的静摩擦力做功为零。
从能量的转化和守恒的角度来看,假如地面对人脚的静摩擦力做正功,就意味着地面向人体注入能量,这是不可能的。
错例2:后驱动的汽车运动时(不打滑)后轮受到地面的静摩擦力方向与汽车的运动方向相同,所以地面对该车轮的静摩擦力对汽车做正功。
实际上,车轮与地面接触瞬间,在静摩擦方向上车轮并未发生位移,所以地面对车轮的静摩擦力对汽车不做功。
错例3:立定跳远(无滑动)瞬间地面对人的静摩擦力对人做正功;人爬竿时(无滑动)竿对人手的静摩擦力对人做正功。
这也是错的。
其实这两种静摩擦力对人都不做功,用错例1的正确观点就可以解释。
以上三例中,静摩擦力均不做功,这是由功的定义所决定的。
以上三例,均是物体内力做功的结果。
人行走的动能、汽车运动的动能、人跳出时的动能以及往上爬时克服重力所做的功均是由人或物体的内力做功转化而来,静摩擦力只不过是为这些内力做功提供条件。
发生这些错误的原因是人们把内力功和外力功混淆起来了。
二、滑动摩擦力的功滑动摩擦力是指在两个相互接触的物体发生沿接触面的相对滑动时,在接触面上产生阻碍相对运动的力。
其计算公式为N F F μ=,其中μ为摩擦因数,N F 为作用在接触面上的正压力。
从滑动摩擦力计算公式可知,在滑动摩擦因数一定的情况下,滑动摩擦力的大小与正压力成正比,与其他的外力无关,与接触面的大小无关。
滑动摩擦力属于非保守力,做功与路径有关。
既然相互摩擦的物体已有了相对运动,则两物体必定产生了相对路径,所以发生在两物体接触面上的滑动摩擦力必定做功。
如图4所示,一个物体在粗糙的水平面上向右运动,地面对物体的动摩力的方向向左,与物体的位移方向相反,故该滑动摩擦力对物体做负功。
同时在滑动摩擦力的作用下,物体的速度减小,动能减少,减少的动能转化为以地面和物体组成的系统的内能。
f 图3从以上分析来看,似乎滑动摩擦力总是做负功,其实不然。
如图4所示,在水平光滑地面上,有一个小木块以一水平初速度滑上一块足够长的长木板,在开始阶段,小木块的速度比长木板的速度要大,故小木块相对长木板向右运动,此时小木块受到长木板给它的向左的滑动摩擦力而做匀减速运动,动能减少;同时,长木板相对小木块向左运动,此时长木板受到小木块给它的向右的滑动摩擦力作用而做匀加速运动,动能增加。
最后小木块和长木板相对静止以相同速度运动。
在整个过程中,滑动摩擦力对小木块做负功,对长木板做正功。
从能量的转化的守恒的角度来看,小木块减小的动能一部分转移到了长木板上,一部分转化为小木块和长木板所组成的系统的内能。
现具体分析如下:由图4所示,以小木块为研究对象,滑动摩擦力对小木块做负功:210()W fs f s s =-=-+木 (1)由动能定理知木块的动能的变化量为:10()E f s s ∆=-+k 木 (2)以长木板为研究对象,滑动摩擦力对长木板做正功:1W fs =板 (3)同理,长木板动能的变化量为:1E fs ∆=k 板 (4)把(2)、(4)两式相加得:0E E fs ∆+∆=-k 木k 板 (5)(5)式表明,小木块和长木板组成的系统中,系统的机械能的减少量等于滑动摩擦力与小木块相对长木板的位移的乘积。
减小的这部分机械能转化为系统的内能,即系统产生了热。
v v 2s 图4从以上分析可知,一对滑动摩擦力在做功的过程中,出现了能量的转移和转化两种情况:一是使相互摩擦的物体间的机械能从一个物体转移到另一个物体;二是使系统中的部分或全部机械能转化为内能,也就是平时我们所说的摩擦生热。
从(5)式中,我们还应注意到,一对相互作用的滑动摩擦力所做的功的代数和并不为零,且总为负值,其绝对值恰等于系统损失的机械能。
换而言之,相互作用的物体因克服滑动摩擦力所产生的热,等于系统中损失的机械能。
综上所述,滑动摩擦力做功有以下规律:(一)滑动摩擦力可以做正功,也可以做负功;(二)一对滑动摩擦力在做功的过程中,同时出现了能量的转移的转化两种情况,也就是说,在滑动摩擦力做功的过程中,出现了新的能量形式——内能,其值的计算可根据下面公式来完成:Q f s 滑动相对 (*)其中s 相对是相互摩擦的两个物体间的相对路径,不是相对位移。
(三)在一个由相互滑动摩擦的物体组成的系统中,一对滑动摩擦力所做的功的代数和总为负值,且该值的绝对值恰等于系统中损失的机械能,其大小可用(二)中的(*)式计算。
三、滑动摩擦力做功与生热问题在实际中的应用滑动摩擦力做功生热的问题一直是高中物理的一个重要知识点。
高考中对于这部分的考查要求也很高,下面就根据该问题的具体应用加以讨论、分析。
(一)在水平滑块与木板之间的应用如图5所示,质量为m 的木板,以速度v 在光滑的水平面向左运动,一质量为m 的小木块以同样大小的速度从木板左端向右运动,若它们之间的滑动摩擦因数为µ,求木块能在木板上滑行多远?分析与解答:将木板与木块视为系统,该系统总动量为零,根据动量守恒可知,当木块静图5止时,木板也同进静止,设在这一过程中木块在木板上滑行的距离为s 则系统中转化为内能的机械能为:221122mv mv mgs μ+= 木块在木板上滑行的距离为s :s=v 2/µg(二) 在传送带问题中的应用如图6所示,水平传送带AB 长L =8.3m ,质量为M =1kg 的木块随传送带一起以v 1=2m/s 的速度向左匀速运动(传送带的速度恒定) ,木块与传送带间的动摩擦因数µ=0.5,当木块运动至最左端A 点时,一颗质量为m =20g 的子弹以 v 0=300m/s 水平向右的速度正对射入木块并穿出,穿出速度u =50m/s ,以后每隔1s 就有一颗子弹射向木块,设子弹射穿木块的时间极短,且每次射入点各不相同,求:(1)在被第二颗子弹击中前,木块向右运动离A 点的最大距离?(2)木块在传送带上最多能被多少子弹击中?(3)从第一颗子弹射中木块到木块最终离开传送带的过程中,子弹、木块和传送带这一系统所产生的热能是多少?(g =10m/s 2)分析与解答:第一颗子弹射木块的过程中动量守恒,得:mv 0-Mv 1=mu +Mv 2, v 2=3m/s木块向右做减速运动,加速度为:a=µg=5m/s木块速度减小到零所用的时间为t 1:t 1= v 2/a=0.6s<1s所以木块在被第二颗子弹击中前向右运动离A 点最远时,速度为零,移动距离为s 1=v 22/2a=0.9m图6(2)在第二颗子弹射入木块前,木块再向左做加速运动,时间为t 2=1s-0.6s=0.4s ,速度增加为v 3=at 2=2m/s (恰好与传送带同速),向左移动的位移为s 2=12at 22=0.4m ,所以两颗子弹射中木块的时间间隔内,木块总位移为s 0= s 1-s 2 =0.5m ,方向向右。
第16颗子弹击中后,木块将会再向右先移动0.9m ,总位移为0.9m+7.5m=8.4m>8.3m 木块从B 端落下,所以木块在传送带上最多能被16颗子弹击中。
(3)第一颗子弹击中穿出过程中产生的热量为Q 1=12mv 02+12Mv 12-12mu 2-12M v 22 木块向右减速运动过程相对传送带的位移为s 3= v 1t 1+s 1,产生的热量为Q 2=µmgs 3,木块向左加速运动过程中相对传送带的位移为s 4=v 1t 2-s 2,产生的热量为Q 3=µmgs 4,第16颗子弹射入后木块滑行时间为t 3,v 2t 3-12at 32=0.8,t 3=0.4s 。