在高中物理第二門必修課《機械能守恒定律》一章中,有一道很重要的題目,即函數關系問題。在函數關系問題中,有一個特別容易混淆的內容——摩擦做功的問題。
特別是,很多人容易誤解摩擦做功會改變哪種能量。
今天我就舉例子給大家分析一下摩擦所作的功轉化成了什么樣的能量。
首先,摩擦包括靜摩擦和滑動摩擦,所以我們分為兩種情況進行研究:
1.靜摩擦所作的功:
1、如圖1所示,物體A放在水平桌面上,受到水平拉力F的作用,物體A不動,請問桌面對A左邊的靜摩擦力有做功嗎?
顯然,由于物體沒有移動,所以沒有位移,力F也不做功。能量也沒有變化。
2、如圖2所示,A、B兩物體疊放在光滑的水平桌面上,在拉力F的作用下,A、B同時向右移動,且有加速度,請問B的靜摩擦力對A做功嗎?A的靜摩擦力對B做功嗎?
此時物體A對B的靜摩擦力是向右的,根據作用力與反作用力的關系,B對A的靜摩擦力是向左的,由于A、B都向右運動,所以A對B的靜摩擦力做正功,B的動能增大,靜摩擦力使B的動能改變,B對A的靜摩擦力做負功,其大小與A對B的靜摩擦力所作的正功相同,也使A的動能改變。
因此,我們得出結論,靜摩擦所做功的特點是:
(1)靜摩擦力可以做正功,也可以做負功,甚至不做功。
(2)一對相互作用的靜摩擦力所作功的代數和始終等于零。
(3)靜摩擦做功過程中,只存在機械能的相互傳遞(靜摩擦起著傳遞機械能的作用),并沒有把機械能轉換成其他形式的能量。
2.滑動摩擦所作的功:
如圖4所示,一塊上表面不平整的長木板放在光滑的水平地面上,一小鐵塊從左端以速度V0滑到木板上,當鐵塊與木板相對靜止,且以相同速度運動時,木板相對于地面滑動的距離為S,小鐵塊相對于木板滑動的距離為d。
首先分析它們所受的滑動摩擦力,小鐵塊的速度大于長木板的速度,所以長木板對小鐵塊的滑動摩擦力方向是向左,小鐵塊對長木板的滑動摩擦力方向是向右。
對于一小塊鐵:
滑動摩擦對鐵塊所做的功是:
根據動能定理,小鐵塊的動能變化量為:
上式表明,在鐵塊從開始滑動到相對于木板停止的過程中,滑動摩擦對小鐵塊所作的負功,使其動能減少。
鐵塊減小的動能轉化成什么能量?
我們進一步分析一下:
對于長平板支撐:
長木板上滑動摩擦所做的功是:
根據動能定理高中物理的動能和能量,長木板的動能變化量為:
上式表明高中物理的動能和能量,在鐵塊從開始滑動到相對于木板停止的過程中,滑動摩擦對長木板所作的正功,使其動能增加。
根據以上分析可知,小鐵塊的動能減少了f(S+d)留學之路,而長木板的動能增加了fS,小鐵塊的動能轉移到了長木板上。
但并不是所有的動能都傳遞給長板,多余的動能就轉化成了內能:
即:f(S+d)-fS=fd,fd為轉換后的內能(或熱量)。
綜上所述,我們可以得出結論
滑動摩擦所作的功具有以下特點:
① 滑動摩擦可以對物體做正功、負功或不做功。
②在互相摩擦的體系中,一對滑動摩擦力所作的功始終為負值,它的絕對值等于滑動摩擦力與相對位移d的乘積,等于體系損失的機械能,即產生的內能(或熱量)。
③一對滑動摩擦力做功過程中,能量的轉換有兩種情況:
1. 物體之間通過摩擦而傳遞機械能;
2、機械能轉化為內能。
結束
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