1、完美WORD格式.整理專業資料分享磨擦力做功與形成熱能的關系眾所周知，恒力做功的公式為W=F.ScosB,但當成功的力涉及到磨擦力時，常常會使問題變的復雜化我們曉得磨擦力屬于“耗散力”，做功與路徑有關，假如考慮磨擦力做功的過程中與形成熱能關系時，好多中學生都會對之束手無策，從近幾年的中考命題中，這類問題是重點也是難點問題，以下就針對磨擦力做功與形成熱能的關系作一總結的剖析1.磨擦力做功的特性與形成熱能的機理依據，費曼數學學課件中的描述：“摩擦力的起因：從原子情況來看，互相接觸的兩個表面是不平整的，它們有許多接觸點，原子似乎粘接在一起，于是，當我們拉開一個正在滑動的物體時，原子啪
2、的一下分開，隨及發生震動，過去，把這些磨擦的機理想像的很簡單，表面起因只不過遍布凸凹不同的形狀，磨擦起因于抬升滑動體跨過凸出部份，而且事實不可能是這樣的，由于在這些情況中不會有能量損失，而實際是要消耗動力的。動力消耗的機理是當滑動體撞擊凸出部分時，凸起部份發生形變，接著在兩個物體中形成波和原子運動，過了一會兒，形成了熱。”從以上對磨擦力做功與形成熱能的機理的描述，我們從微觀的角度了解到磨擦生熱的機理，”所以，我們對“做功”和“生熱”實質的解釋是：做功是指其中的某一個磨擦力對某一個物體做的功，并且通常都是以地面為參考系的，而“生熱”的實質是機械能向內能轉化的過程。這與一對互相作用的磨擦力
3、所做功的代數和有關。為了說明這個問題，我們首先應當明晰磨擦力做功的特性.2.磨擦力做功的特性.我們學習的磨擦力包括動磨擦力青河磨擦力，它們的做功情況是否相同呢？下邊我們就分別從各自做功的特性逐一剖析。2.1靜磨擦力的功靜磨擦力似乎是在兩個物體沒有相對位移條件下出現的力，但這不等于靜磨擦力做功一定為零。由于遭到靜磨擦力作用的物體仍然可以相對地面或其它參考系發生位移，這個位移若果不與靜磨擦力垂直，則靜磨擦力必定制功，假如疊在一起的兩個鐵塊A、E摩擦力做功一定生熱嗎，在拉力F的作用下順著光滑水平面發生一段位移s，圖一所示，則A物體遭到往前的靜磨擦力f。對A作正功W=f0ss圖一圖在圓錐體沿水平面往前無滑
4、滾動時，(圖二所示)，盡管圓錐體相對地面存在位移，但地面對車輪的靜磨擦力f。并不做功，這時，不能覺得滾動的圓錐體是一個質點，從地面參考系來看，在一段微小時間間隔內，f。作用于地面接觸的圓錐體邊沿一點A,對于靜磨擦力f。而言A的瞬時速率va=0,故A的微小位移dr=vadt=0,元功為零，下一個微小時間間隔內，靜磨擦力f0則作用在另一個質點E,同樣元功為零所以滾動過程中靜磨擦力f0對圓錐體做功為零.在此過程中，滾動磨擦要制止圓錐體滾動，柱體須要克服這些制約消耗能量做功，但這主要是克服滾動過程中地面形變后形成的支持力所造成的阻轉矩的功.中學階段，通常我們只剖析第一種情況的靜摩
5、擦力的做功情況.由以上剖析，我們可以歸納出靜磨擦力做功有以下特性：1、靜磨擦力可以做正功，也可以做負功，還可以不做功.2、在靜磨擦力做功的過程中，只有機械能的互相轉移，而沒有機械能互相為其它方式的能.3、相互作用的系統內，一對靜磨擦力所做的功的和必為零。所以，我們可以得出推論，靜磨擦力做功但不生熱。2.2.動磨擦力的功的特征滑動磨擦力對物體的相對滑動起制約作用，但滑動磨擦力對物體所做的功并非一定為負功。如圖三所示，置于加速行駛的車箱中的貨物，相對車箱向后滑動，遭到往前的滑動磨擦力在一斷時間間隔內，貨物相對地面參考系往前聯通了s,則滑動磨擦力對貨物做功：W=fsF面就來討論一下，在
6、做功的過程形成了多少內能。(圖四所示)頂端粗糙的貨車，置于光滑的水平面上，具有一定速率得到小鐵塊由貨車上端滑上貨車，當鐵塊與貨車相對靜止時鐵塊相對貨車的位移為d，貨車相對于地面的位移為s,則滑動磨擦力對鐵塊做功為可木=f(d+s)(1)由動能定律得鐵塊的動能增量為Ek木=f(d+s)(2)滑動磨擦力對貨車做功為可車=fs(3)同理，貨車動能增量為Ek車=fs(4)由(2)(4)兩式相減得：Ek木+Ek車=fd(5)(5)式表明鐵塊和貨車組成的系統的機械能的降低等于滑動磨擦力與相對于貨車的位移的乘積，這部份能量轉化為內能，即生熱。綜上所述，滑動摩
7、擦力做功有以下特性：滑動磨擦力可以對物體做正功，也可以對物體做負功。一對滑動磨擦力做功的過程中，能量的轉化有兩種情況，一是互相磨擦的物體之間機械能的轉移；二是機械能轉化為內能，轉化為內能的量值等于滑動磨擦力與相對位移乘積即：Q=f滑動S相對互相磨擦的系統內摩擦力做功一定生熱嗎，一對滑動磨擦力所做的功總是負值，其絕對值恰等于滑動磨擦力與相對位移的乘積，即恰等于系統損失的機械能。3.磨擦力做功與生熱的問題在具體問題中的應用磨擦力做功與生熱的問題在具體問題中的應用，是中考中一個重要的知識點，尤其在多個物體的互相作用和物體間的復雜作用中出現的頻度教高，但是對于這一部份的考查要求很高，以下就按照具體的習題加以剖析。
8、3.1在水平滑塊與木板之間的應用如圖五所示,質量為m的木板，以速率v在光滑的水平面向左運動，一質量為m的小鐵塊以同樣大小的速率從木板上端往右運動，若它們之間的滑動磨擦質數為卩,求鐵塊能在木板上滑動多遠？剖析與解答：將木板與鐵塊視為系統，此系統動量為零，按照動量守恒可知，當小鐵塊相對于木板靜止時，鐵塊靜止，則轉化為內能的機械能為:1丄222mv+2mv=匕mgs鐵塊在木板上滑行的距離為s:2,s=v/fig3.2在傳送帶問題中的應用如圖六所示，水平傳送帶AB長L=8.3m，質量為M=1kg的鐵塊隨傳送帶一起以vi=2m/s的速率向左勻速運動(傳送帶的速率恒定)，鐵塊
9、與傳送帶間的動磨擦質數i=0.5,當鐵塊運動至最上端A點時，一顆質量為m=20kg的炮彈以v0=300m/s水平往右的速率正對射入鐵塊并穿出，穿出速率u=50m/s,之后每隔1s就有一顆子彈射向鐵塊，設子彈射穿鐵塊的時間極短，且每次射入點各不相在被第二顆炮彈擊中前，鐵塊往右運動離A點的最大距離？鐵塊在傳送帶上最多能被多少炮彈擊中？從第一顆子彈射中鐵塊到鐵塊最終離開傳送帶的過程中，炮彈、木塊和傳送帶這一系統所形成的2熱能是多少？(g=10m/s剖析與解答：第一顆子彈射鐵塊的過程中動量守恒，得:mv-Mvi=mu+Mv,v2=3m/s鐵塊往右做減速運動，加速度為：a=g=5m
10、/s鐵塊速率降低到零所用的時間為11：11=v2/a=0.6s8.3m.鐵塊從B斷落下，所以鐵塊在傳送帶上最多能被16顆炮彈擊中.(3)第一顆炮彈擊中穿出過程中形成的熱量為Q=2mv?+2Mv2mu-2MV22鐵塊往右減速運動過程相對傳送帶的位移為S3=vit1+si,形成的熱量為Q=imgs鐵塊向左加速運動過程中相對傳送帶的位移為s4=v1t2-s2,形成的熱量為Q3=imgs第16顆子彈射入后鐵塊滑行時間為13,1v2t3-2at32=0.8,t3=0.4s.鐵塊與傳送帶的相對位移為S5=v1t3+0.8,形成的熱量為Q=卩mgs全過程
11、中形成的熱量為：Q=15(Qi+Q2+Q3)+Qi+Q4=14155.5J.3.3在復雜化學過程中的應用如圖，長木板ab的b端固定一檔板，木板連同檔板的質量為M=4.Okg,a、b寬度離s=2.0m。木板坐落光滑水平面上。在木板a端有一小物塊，其質量m=1.0kg，小物塊與木板間的動磨擦質數J=0-10，它們都處于靜止狀態。現令小物塊以初速v=4.0m/s沿木板往前滑動，直至和檔板翻車。碰撞后，小物塊剛好回到a端而不脫離木板。求碰撞過程中損失的機械能。解析：設鐵塊和物塊最后共同的速率為v,由動量守恒定理mv0=(mM)vW表示在這段時間內磨擦力對木板所做S2
12、表示從碰撞后頓時到物塊回到a端時用W表示同樣時間內磨擦力對物塊所設全過程損失的機械能為E,EJmv：(mM)v222用S1表示從物塊開始運動到碰撞前頓時木板的位移,的功。用W表示同樣時間內磨擦力對物塊所做的功。用木板的位移，W表示在這段時間內磨擦力對木板所做的功。做的功。用W表示在全過程中磨擦力做的總功，則W=-mgs?Wmg(S2-s)W=V+V2+W+W用E1表示在碰撞過程中損失的機械能，則Ei=EW由一式解得Ei1mM2mMvo-2mgs代入數據得Ei=2.4J以上是按照逐一的剖析物體在分過程中運動情況，從求解在不同的位移中，磨擦力做功的總代數和來突破
13、的，但筆者覺得本題有更簡捷的思路：另解：按照能量守恒定理得：全過程損失的總機械能為E,部份在碰撞過程中損失即E1，另一部份轉化為內能Q,其中轉化為內能部份內能的量值等于滑動磨擦力與相對位移的乘積，從初始物塊開始運動到剛好回到a端而不脫離木板的全過程中，相對位移為2s，即內能可求；設鐵塊和物塊最后共同的速率為v,由動量守恒定理mv=(mM)v設全過程損失的機械能為E,E=-mv2-(mM)v222依據能量守恒定理：E=E+Q;q=f滑動.S相對=2mgs由一式解得的答案是相同的，E1=2.4J。點評：這兩道綜合題主要考查的是對有關磨擦力做功與形成熱能的理解，對于生熱的求解，關鍵理解轉化為內能的量值等于滑動磨擦力與相對位移的乘積即：Q=f滑動.S相對，把握這一點，問題都會迎刃而解了，在一些復雜化學過程，靈活應用，會起到事半功倍的療效。