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摩擦力做功过程中的能量转化问题

√湘教在线   来源:河南南阳唐河二高中  朱星高  时间:[2008-3-28 23:04:42] 进入论坛

一. 静摩擦力做功特点
  (一)静摩擦力可以对物体做正功
【例1】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 = f•S•cosθ=G•sinθ•h/sinθ•cosθ= G•h

 Wf > 0 ,做正功

(二)静摩擦力可以对物体做负功
 【例如】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 = G•sinθ,沿斜面向上,位移S方向沿斜面向下
 Wf = f•S•cos1800 = - Gsinθ•h/sinθ= - G•h
 ∵ Wf = - G•h < 0
              ∴ f  做负功

(三)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 = mRω2.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 = f•S•cosθ= mRω2•S•cos900 = 0
   即静摩擦力对物体不做功
由以上结果可得:
1.静摩擦力可以做正功,也可以做负功,还可以不做功.
2.在做功的过程中,只有机械能的相互转移(静摩擦力起着传递机械能的作用),而没有机械能转化为其它形式的能.
3.相互摩擦的系统内,一对静摩擦力所做功的和总是等于零.因为物体间的静摩擦力大小相等,方向相反.又有相等的对地位移,做功时,一正一负,其和为零;不做功时,其和还是零.

二.滑动摩擦力做功的特点
(一)滑动摩擦力对物体做正功
 【例如】在光滑地面上放置一质量为M的长木板,另一质量为m的木块以初速度V0沿水平方向飞上木板,由于摩擦,最后质量为m的物体停留在木板上,并一起以速度V1前进,求摩擦力对M所做的功.

【分析】木板M向右运动,一定受到m对它的摩擦力f 的作用,由于地面光滑没有摩擦力,则木板所受的合力即为m对它的摩擦力f,由动能定理得:
 f•S = 12 MV12 - 0
这种情况下,滑动摩擦力对物体做正功

(二)滑动摩擦力对物体做负功
 【例如】在上题中,m所受的滑动摩擦力方向水平向左,与物体的位移方向相反.夹角为1800,所以做负功.

利用动能定理也可以说明.因为物体受到三个力:重力,方向竖直向下;弹力,方向竖直向上;滑动摩擦力,方向水平向左.所以重力和弹力的合力为零.m所受的合力即为m所受的滑动摩擦力,由动量定理得:
 Wf = 12 mv12 –12 mv02<0
这种情况下,滑动摩擦力对物体做负功
 
(三)滑动摩擦力可以对物体不做功
【例如】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.
综上所述,滑动摩擦力做功有以下特点:
 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
 2.一对滑动摩擦力做功的过程中,能量的转化有两种情况:
 1).相互摩擦的物体之间机械能的转移
 2).机械能转化为内能,转化为内能的量值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积
 3.相互摩擦的系统内,一对滑动摩擦力所做的功总是负值,其绝对值恰好等于滑动摩擦力与相对位移的乘积,即恰好等于系统损失的机械能

【例1】如图所示,质量为m的足够长的木板,以速度v在光滑水平面上向左运动,一质量为m的小木块以同样的速度从木板的左端向右端运动.若它们之间的动摩擦因数为μ,求木块能在木板上滑多远?

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