高中物理摩擦力做功的常見問題分享

盧沛奇

【摘要】在進(jìn)行高中階段物理學(xué)科學(xué)習(xí)過程中，大多數(shù)同學(xué)認(rèn)為摩擦力這個(gè)模塊的知識(shí)是很難進(jìn)理解并掌握得，特別是在靜摩擦力方面，這一段理論所涉及的問題千變?nèi)f化，在回答相關(guān)問題的過程中常常錯(cuò)誤百出。因此本文就摩擦力做功的特征進(jìn)行了一次總結(jié)性論述，并在這個(gè)基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了在高中物理學(xué)習(xí)過程中可能會(huì)遇到的關(guān)于摩擦力做功的常見類題型，希望對(duì)正在學(xué)習(xí)高中物理課程的同學(xué)們有所幫助。

【關(guān)鍵詞】學(xué)生視角;高中物理;摩擦力做功

在學(xué)習(xí)摩擦力做功的相關(guān)理論知識(shí)之前，應(yīng)首先從摩擦力做功的對(duì)應(yīng)特點(diǎn)來上來開展學(xué)習(xí)，在理解摩擦力做功的基本性質(zhì)和特征、完成一定量的練習(xí)，并養(yǎng)成對(duì)相關(guān)知識(shí)靈活運(yùn)用的能力后，才能跳出摩擦力的“陷阱”，從而對(duì)解決摩擦力問題有很大的幫助。

一、摩擦力做功的特點(diǎn)

在分析、學(xué)習(xí)摩擦力做功時(shí)，我們需知道，無論是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，都能做正功或負(fù)功，甚至不做功。在生活中有許多這樣的例子：①靜摩擦力：傳送帶與物體保持相對(duì)靜止，同時(shí)運(yùn)動(dòng)著。此時(shí)傳送帶對(duì)物體做正功，而物體則對(duì)傳送帶做負(fù)功。或是人推箱子沒有推動(dòng)，此時(shí)靜摩擦力便不做功了。②滑動(dòng)摩擦力：還是以傳送帶為例，斜向上的傳送帶帶動(dòng)著物體移動(dòng)，當(dāng)物體重力的下滑分力小于滑動(dòng)摩擦力時(shí)，物體隨傳送帶一起移動(dòng)，但速度小于傳送帶的速度，此時(shí)滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做正功，同理，當(dāng)下滑分力大于滑動(dòng)摩擦力時(shí)，滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做負(fù)功，而當(dāng)二者相等時(shí)，滑動(dòng)摩擦力不做功。

對(duì)靜摩擦力而言，施力物與受力物間靜摩擦力做的功相互抵消，若把二者看為一個(gè)整體，則這個(gè)整體與外界沒有能量轉(zhuǎn)換，只有其內(nèi)部機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)化。因此靜摩擦力做工的代數(shù)和為零。對(duì)于滑動(dòng)摩擦力，施力物與受力物間產(chǎn)生了相對(duì)位移，二者滑動(dòng)摩擦力所做的代數(shù)和必不為零，他們之間的差值轉(zhuǎn)化為其他形式的能，即摩擦生熱，而產(chǎn)生的熱量大小等于二者相對(duì)位移與滑動(dòng)摩擦力之積。

二、摩擦力做功的有關(guān)例題分析

（一）滑動(dòng)摩擦力做功的問題

滑動(dòng)摩擦力做功，其值有時(shí)為正有時(shí)為負(fù)。我們先來分析滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功的情況，滑動(dòng)摩擦力對(duì)運(yùn)動(dòng)中物體產(chǎn)生阻礙作用，并且物體在這一過程當(dāng)中，會(huì)克服滑動(dòng)摩擦力給自身運(yùn)動(dòng)所造成的阻礙繼續(xù)開展運(yùn)動(dòng)，此時(shí)滑動(dòng)摩擦力做的是負(fù)功。

例如：把一個(gè)質(zhì)量為m的物塊放置在水平靜止并且表面粗糙的桌面之上，憑借外力F拉著物塊朝著右邊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)位移的距離為S時(shí)，滑動(dòng)摩擦力給這一物塊做了多少的功？（木塊和桌面之間的摩擦因數(shù)是μ）。

分析：這個(gè)木塊在水平的桌面上受外力F的作用下向右運(yùn)動(dòng)，通過摩擦力的物理理論，能夠計(jì)算出摩擦力的大小為f=μmg，方向?yàn)樗较蜃蠓较颍鶕?jù)物理公式W=fScosθ，就可以計(jì)算出W=μmgScosθ=-μmgS，W的值是小于0的，也就是說摩擦力對(duì)木塊做了負(fù)功。

當(dāng)物體沿摩擦力方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，表示滑動(dòng)摩擦力做的是正功。例如：一輛汽車停在粗糙水平地面上，在車內(nèi)有一個(gè)質(zhì)量為m的木塊，當(dāng)車向右運(yùn)動(dòng)，并且經(jīng)過了一段距離S后，木塊隨汽車一起向右運(yùn)動(dòng)，并且產(chǎn)生的相對(duì)位移為s，試問在這一過程當(dāng)中，滑動(dòng)摩擦力對(duì)木塊做了多少功？（汽車表面的摩擦系數(shù)為μ）

分析：汽車在朝著右方進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的過程中，木塊相對(duì)這一輛汽車會(huì)朝著左方進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此這個(gè)木塊會(huì)受到水平向右的滑動(dòng)摩擦力，汽車向右運(yùn)動(dòng)過程中，車上的木塊與地面之間所產(chǎn)生的位移為S-s，方向水平向右。所以，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，滑動(dòng)摩擦力對(duì)車上的木塊做的都是正功，其大小為W=μmg（S-s），進(jìn)一步分析，滑動(dòng)摩擦力對(duì)汽車做的是負(fù)功，其值為W=-μmgS。這一組滑動(dòng)摩擦力做功的和值為-μmgs。因此滑動(dòng)摩擦力對(duì)于汽車和木塊這一系統(tǒng)來說，與外界進(jìn)行了能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生了一定的熱量。

由上述的兩個(gè)例子大家可以發(fā)現(xiàn)，在不同的物體當(dāng)中所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力，可以對(duì)這一系統(tǒng)的其中一部分做正功或者負(fù)功，甚至不會(huì)做功。但是，滑動(dòng)摩擦力對(duì)于系統(tǒng)而言，代數(shù)和一定是負(fù)的，它們能夠綜合產(chǎn)生對(duì)一部分做正功、并且在相同時(shí)間對(duì)其他部分做負(fù)功的現(xiàn)象，甚至可以對(duì)系統(tǒng)當(dāng)中的兩個(gè)物體都做負(fù)功。例如人們因?yàn)闇囟容^低所進(jìn)行的擦手生熱現(xiàn)象，便是滑動(dòng)摩擦力對(duì)人的雙手都做了負(fù)功。

（二）靜摩擦力做功的問題

例如：存在一個(gè)傳送帶，與水平地面所成的角度為θ，在傳送帶上有一箱貨物，相較于傳送帶來講，貨物為靜止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)傳送帶將貨物勻速向下進(jìn)行傳送，在整個(gè)過程當(dāng)中，靜摩擦力對(duì)這一項(xiàng)貨物的做功情況是怎樣的？

分析：當(dāng)傳送帶勻速向下運(yùn)輸貨物時(shí)，與水平地面所產(chǎn)生的相對(duì)位移方向是向下的，而在整個(gè)流程之中，傳送帶與貨物的靜摩擦力與貨物憑借重力下滑所產(chǎn)生的分力是相互平衡的。在這個(gè)傳送過程中，傳送帶對(duì)物體的摩擦力方向與物體運(yùn)動(dòng)方向一致，因此靜摩擦力對(duì)貨物是做正功的。反之，物體對(duì)于傳送帶的靜摩擦力對(duì)傳送帶做功為負(fù)的，他們之間的代數(shù)和為零，整個(gè)系統(tǒng)與外界沒有能量轉(zhuǎn)換。

三、總結(jié)

在高中階段物理學(xué)習(xí)的過程當(dāng)中，摩擦力做功的問題是高考考試中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此對(duì)于正在進(jìn)行高中物理學(xué)科學(xué)習(xí)的同學(xué)來講，開展針對(duì)摩擦力做功的專項(xiàng)研究對(duì)于自身的成績(jī)提升有著極為重大的意義，文章介紹了在高中物理階段對(duì)于摩擦力做功部分的問題的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)希望能夠給予同學(xué)們有效的幫助。

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