搜索
专题摩擦力做功与变力做功一、摩擦力做功问题思考：1、摩擦力的分类2、摩擦力的方向3、摩擦力的大小4、判断一个力是否做功及做功正负的方法5、计算功的方法及注意事项摩擦力大小和方向的不确定性，使得摩擦力做功有其自身的特殊性，本文简单归纳摩擦力做功的一些特点。（一）静摩擦力对物体可以做正功，可以做负功，也可以不做功；滑动摩擦力对物体可以做正功，可以做负功，也可以不做功。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。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1.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。（二）、滑动摩擦力做功的特点：①滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可以不做功。②相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总为负值，其绝对值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积。1.一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零，且等于滑动摩擦力的大小与两物体间相对位移的乘积，即例2.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②③由①②③可知，摩擦力对两物体做功的代数和为④上式即表明：一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零，且等于滑动摩擦力的大小与两物体间的相对位移的乘积。例3：质量为M的长木板放在光滑的水平面上，一个质量为m的滑块以某一初速度沿木板表面从A点滑至B点，在木板上前进了L,而木板前进了x，如图，若滑块与木板间的动摩擦因素为，求滑动摩擦力对滑块、对木板做功各是多少？分析：以木块A为研究对象，木块A受到的滑动摩擦力的方向水平向左，大小为mg，滑块的对地位移为x+L,方向水平向右根据功的定义式cos()cos180()WFSmgxLmgxL以木板B为研究对象，木板B受到的滑动摩擦力的方向水平向右，大小也为mg，木板的对地位移为x，方向水平向右根据功的定义式coscos0WFSmgxmgx补充问题：求解这对相互作用的滑动摩擦力做的总功()WmgxLmgxmgL总0注：实际上，()WmgxLmgxmgL总=Q,即产生的热量2、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。xLAB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。3.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3.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。4.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4.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。（三）、静摩擦力做功的特点：1．静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．2．相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的和总是等于零．1．单个静摩擦力做功有不少初学者认为，静摩擦力是产生于“静止”的物体之间，所以静摩擦力一定不会对物体做功。其实不然，请看下面的情境：用大拇指和食指捏起一支铅笔，让铅笔呈竖直状态。当手和铅笔向上匀速运动时，铅笔受到向上的静摩擦力作用，位移也向上，静摩擦力是动力，对铅笔做正功；当手和铅笔向下匀速运动时，铅笔受到向上的静摩擦力作用，位移向下，静摩擦力是阻力，对铅笔做负功；当手和铅笔不运动或一起在水平面内运动时，铅笔受到向上的静摩擦力作用，但在力的方向上位移为零，静摩擦力对铅笔不做功。由此可见，静摩擦力可以对物体做正功，也可以做负功，还可以不做功，关键是看物体受到的静摩擦力和它运动方向的关系。当物体在静摩擦力的方向上有位移时，静摩擦力就要对物体做功。2．一对静摩擦力的合功。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5：如图所示，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。由于A、B的对地位移相等，故这对相互作用的静摩擦力做功的和为零。FAB静摩擦力存在于无相对运动而有相对运动趋势的物体之间，因此产生摩擦力的两个物体的位移一定是相等的，但互为作用力和反作用力的一对摩擦力的方向一定相反，所以，如果作用力做正功，反作用力一定做负功，而且负功的绝对值等于正功的大小。即：一对静摩擦力做功之代数和一定为零。具体来说，一对静摩擦力做功代数和为零包含两种情况：一是每个静摩擦力都不做功（例推箱子而未动，静摩擦力对箱子、对地面均不做功，或者物体随转盘一起做匀速圆周运动，静摩擦力提供向心力的情况），二是两个静摩擦力一个做正功，一个做负功，但数值相等，其代数和为零。3、静摩擦力对物体做正功例6、码头工人常用皮带机将货物运之高处，皮带由卷扬机牵引，能匀速顺时针转动，货物一放上皮带，即可与之一起运动，保持相对静止．求皮带对货物在运往h高处时做什么功？【分析】货物受力如图所示．因货物向右上方做匀速直线运动，故静摩擦力f=G?sinθ的位移S与物体运动方向一致，则Wf=fScosθ=（Gsinθh/sinθ）cosθ=GhWf0，做正功4.静摩擦力对物体做负功例7、如图，若皮带反转，则可将高h处货物匀速送到地面，求该过程静摩擦力做什么功．【分析】货物因匀速运动，故f＝Gsinθ，沿斜面向上，位移S方向沿斜面向下Wf=fScos180=-Gsinθh/sinθ=—Gh∵Wf=-Gh0∴f做负功5、静摩擦力可以对物体不做功如图所示，一水平圆盘绕其竖直轴以ω匀速转动，距离轴R处有一质量为m的物体随盘一起转动，求在这一过程中摩擦力对物体做的功．【分析】对m进行受力分析可知，m所受的摩擦力为f=mRω．静摩擦力方向与线速度方向垂直，任取一小段位移S，则有Wf=fScosθ=mRωScos90=0即静摩擦力对物体不做功目标检测:1、关于摩擦力对物体做功，以下说法中正确的是（D）A、滑动摩擦力总是做负功B、滑动摩擦力要么做负功，要么做正功C、静摩擦力对物体一定不做功D、静摩擦力对物体可以做正功，也可以做负功2、如图所示的水平传送装置，AB间距为L，传送带以v匀速运转，把一质量为m的零件无初速度地放在传送带的A处，已知零件与传送带之间的动摩擦因素为，试求从A到B的过程中，摩擦力对零件所做的功。分析：当零件与传送带之间存在摩擦力时，摩擦力的大小为F=mg分两种情况进行讨论：（1）、零件在到达B处时的速度小于或刚好等于传送带的速度v，即零件在从A到B的过程中一直受摩擦力作用，则摩擦力对零件所做的功WFlmgl（2）、零件在到达B处之前已经达到传送带的速度v，则零件只是在达到速度v之前的一段时间内受摩擦力作用，此后零件与传送带以相同的速度v运动。零件就不受摩擦力作用，即无滑动摩擦力存在，也无静摩擦力存在，则摩擦力对零件所做的功22122vWFlmgmvg3、如图所示，物体沿弧线形轨道滑下后进入足够长的水平传送带，传送带以图示方向匀速运转，则传送带对物体做功情况可能是（ACD）（A）始终不做功（B）先做负功后做正功（C）先做正功后不做功（D）先做负功后不做功解析：物体滑向传送带后，其速度可能大于、等于或小于传送带的速度。当等于传送带的速度时，无摩擦力，故不做功。当大于传送带的速度时，物体所受摩擦力向左，故做负功，最终速度相等后，不做功。故选D同理C也有可能。4、如图所示，一子弹以水平速度射入放置在光滑水平面上原来静止的木块，并留在木块中，在此过程中，子弹钻入木块的深度为d，木块的位移为L，木块对子弹的摩擦力大小为f，则木块对子弹的摩擦力做的功为，子弹对木块的摩擦力做的功为。[解析]受力分析，如图所示。（1）子弹相对地面的位移为L+d，所以木块对子弹的摩擦力做的功为W=-f(L+d)（2）木块相对地面的位移为L，所以子弹对木块的摩擦力做的功为W=fL答案-f(L+d)fLff'L+dLLdvBA5、在粗糙的桌面上运动的小木块,小木块m受到桌面对它的摩擦力，桌面也受到小木块对桌面的摩擦力f，但是由于桌面没有发生位移，所以摩擦力f对桌面不做功6、例：试分析人走路时，若鞋与地面间不打滑，人与地面间的静摩擦力做功吗？这一个常识性的问题，看起来不值得讨论，但不仔细去分析，则很容易出错。有人认为，人走路时，受到向前的静摩擦力，而人的速度也是向前，有向前的位移，摩擦力是做正功的。但仔细想一想就不难发现，在鞋与路面接触时，地面与鞋间有静摩擦力的作用，但在这段时间内，鞋底所受摩擦力的作用点相对于地面是不动的，而脚抬起向前迈出时，鞋在空中便不受静摩擦力的作用，随着人的前进，人与地面间的静摩擦力不断改变受力点，但受力点在静摩擦力作用下并无位移，故地面与脚之间的一对静摩擦力对人和对地面都不做功。汽车行驶过程与人走路是类似的，在汽车前进的过程中，车轮与地面间的静摩擦力也是不做功的，汽车的动能是由