在高中物理第二门必修课《机械能守恒定律》一章中,有一道很重要的题目,即函数关系问题。在函数关系问题中,有一个特别容易混淆的内容——摩擦做功的问题。
特别是,很多人容易误解摩擦做功会改变哪种能量。
今天我就举例子给大家分析一下摩擦所作的功转化成了什么样的能量。
首先,摩擦包括静摩擦和滑动摩擦,所以我们分为两种情况进行研究:
1.静摩擦所作的功:
1、如图1所示,物体A放在水平桌面上,受到水平拉力F的作用,物体A不动,请问桌面对A左边的静摩擦力有做功吗?
显然,由于物体没有移动,所以没有位移,力F也不做功。能量也没有变化。
2、如图2所示,A、B两物体叠放在光滑的水平桌面上,在拉力F的作用下,A、B同时向右移动,且有加速度,请问B的静摩擦力对A做功吗?A的静摩擦力对B做功吗?
此时物体A对B的静摩擦力是向右的,根据作用力与反作用力的关系,B对A的静摩擦力是向左的,由于A、B都向右运动,所以A对B的静摩擦力做正功,B的动能增大,静摩擦力使B的动能改变,B对A的静摩擦力做负功,其大小与A对B的静摩擦力所作的正功相同,也使A的动能改变。
因此,我们得出结论,静摩擦所做功的特点是:
(1)静摩擦力可以做正功,也可以做负功,甚至不做功。
(2)一对相互作用的静摩擦力所作功的代数和始终等于零。
(3)静摩擦做功过程中,只存在机械能的相互传递(静摩擦起着传递机械能的作用),并没有把机械能转换成其他形式的能量。
2.滑动摩擦所作的功:
如图4所示,一块上表面不平整的长木板放在光滑的水平地面上,一小铁块从左端以速度V0滑到木板上,当铁块与木板相对静止,且以相同速度运动时,木板相对于地面滑动的距离为S,小铁块相对于木板滑动的距离为d。
首先分析它们所受的滑动摩擦力,小铁块的速度大于长木板的速度,所以长木板对小铁块的滑动摩擦力方向是向左,小铁块对长木板的滑动摩擦力方向是向右。
对于一小块铁:
滑动摩擦对铁块所做的功是:
根据动能定理,小铁块的动能变化量为:
上式表明,在铁块从开始滑动到相对于木板停止的过程中,滑动摩擦对小铁块所作的负功,使其动能减少。
铁块减小的动能转化成什么能量?
我们进一步分析一下:
对于长平板支撑:
长木板上滑动摩擦所做的功是:
根据动能定理高中物理的动能和能量,长木板的动能变化量为:
上式表明高中物理的动能和能量,在铁块从开始滑动到相对于木板停止的过程中,滑动摩擦对长木板所作的正功,使其动能增加。
根据以上分析可知,小铁块的动能减少了f(S+d)留学之路,而长木板的动能增加了fS,小铁块的动能转移到了长木板上。
但并不是所有的动能都传递给长板,多余的动能就转化成了内能:
即:f(S+d)-fS=fd,fd为转换后的内能(或热量)。
综上所述,我们可以得出结论
滑动摩擦所作的功具有以下特点:
① 滑动摩擦可以对物体做正功、负功或不做功。
②在互相摩擦的体系中,一对滑动摩擦力所作的功始终为负值,它的绝对值等于滑动摩擦力与相对位移d的乘积,等于体系损失的机械能,即产生的内能(或热量)。
③一对滑动摩擦力做功过程中,能量的转换有两种情况:
1. 物体之间通过摩擦而传递机械能;
2、机械能转化为内能。
结束
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