摩擦力做功的特点

摩擦力做功的特点

1.静摩擦力做功的特点

如图5－15－1，放在水平桌面上的物体A 在水平拉力F 的作用下未动，则桌面对A 向左的静摩擦力不做功，因为桌面在静摩擦力的方向上没有位移。如图5－15－2，A 和B 叠放在一起置于光滑水平桌面上，在拉力F 的作用下，A 和B 一起向右加速运动，则B 对A 的静摩擦力做正功，A 对B 的静摩擦力做负功。可见静摩擦力做功的特点是： （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。

（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。

一对相互作用的静摩擦力做功的代数和必为零，即

对相互有静摩擦力作用的两物体A 和B 来说，A 对B 的摩擦力和B 对A 的摩擦力是一对作用力和反作用力：大小相等，方向相反。由于两物体相对静止，其对地位移必相同，所以这一对静摩擦力一个做正功，一个做负功，且大小相等，其代数和必为零，

即

例1. 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。

5-15-1

图

5152

图－－

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2. 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。

2.滑动摩擦力做功的特点

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。

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。

移的乘积，即

例4. 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

间的相对位移的乘积。

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5. 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。

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

例6. 设木块与木板间的摩擦系数为，则木块在木板上滑动过程中，在摩擦力作用下，木板做匀加速运动，木块做匀减速运动直至达到共同速度为止。

图8

以木块和木板整体为研究对象，由动量守恒定律可得这一过程中，木板的位移为

木块的位移为

摩擦力对木板做正功

对木块做负功

则摩擦力对两物体做功的代数和为

①

整个过程中木板动能的增量为

木块动能的增量为

系统动能的总增量为

②

上述①、②表明：系统机械能的减少刚好与一对摩擦力做功的代数和的绝对值对等。 静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。 如图5－15－3，物块A 在水平桌面上，在外力F 的作用下向右运动，桌面对A 向左的滑动摩擦力做负功，A 对桌面的滑动摩擦力不做功。

如图5－15－4，上表面不光滑的长木板，放在光滑的水平地面上，一小铁块以速度 v 从木板的左端滑上木板，当铁块和木板相对静止时木板相对地面滑动的距离为s ，小铁

块相对木板滑动的距离为d ，滑动摩擦力对铁块所做的功为：W 铁＝－f(s+d)―――①

根据动能定理，铁块动能的变化量为：

k w =f s+d E 铁铁＝－（）―――②

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图－－

5154

图－－