孔星皓

摘要：在高中物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，摩擦力做功是一個(gè)較為復(fù)雜的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在高考試卷中占有重要比例。由于摩擦力通常會(huì)成對(duì)出現(xiàn)，使得同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中常常感到困惑，因此在學(xué)習(xí)這一部分內(nèi)容時(shí)會(huì)受到一定阻礙。本文將結(jié)合實(shí)際情況對(duì)高中物理中摩擦力做功的常見問題進(jìn)行分析，旨在提升高中生的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：高中物理 摩擦力做功 常見問題

在高中物理的學(xué)習(xí)過(guò)程中，摩擦力做功是一項(xiàng)重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。然而摩擦力做功相對(duì)抽象，使得同學(xué)們?cè)谡n堂學(xué)習(xí)的過(guò)程中無(wú)法充分的理解摩擦力做功的特點(diǎn)以及相關(guān)的解決方法。本文將結(jié)合實(shí)際情況高中物理中摩擦力做功的常見問題作進(jìn)一步分析，以期加深高中生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

一、物理摩擦力做功的基本特點(diǎn)

在高中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，滑動(dòng)摩擦力以及靜摩擦力都可做正功或負(fù)功，同時(shí)也存在不做功的情況，例如皮帶在傳送的過(guò)程中，皮帶會(huì)受到靜摩擦力正功的影響，而皮帶則處于不做功的狀態(tài)。靜摩擦力在做功的過(guò)程中僅能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化，在這一狀態(tài)下靜摩擦力的主要職能就是傳遞機(jī)械能，且機(jī)械能無(wú)法轉(zhuǎn)化為其他形式的能。滑動(dòng)摩擦力在做功的過(guò)程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能之間的相互轉(zhuǎn)化，還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與其他形式能之間的相互轉(zhuǎn)化。在相互作用的系統(tǒng)中，一對(duì)靜摩擦力在做功時(shí)的代數(shù)和為“0”。在相互摩擦力系統(tǒng)中，系統(tǒng)所消耗的機(jī)械能為負(fù)值即一對(duì)摩擦力做的功均是負(fù)值，且絕對(duì)值等于相對(duì)位移與摩擦力的乘積。當(dāng)某一物體受到摩擦力影響時(shí)，這個(gè)物體運(yùn)動(dòng)的方向會(huì)與另一物體運(yùn)動(dòng)的方向相對(duì)相反，且受摩擦力的方向與另一物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)方向也相反。根據(jù)公式f=μN(yùn)可以得出摩擦力的大小，并通過(guò)第二定律計(jì)算出物體受力以及物體當(dāng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

二、有關(guān)高中物理摩擦力做功的問題分析

高中物理摩擦力做功主要分為以下四種情況：

第一，滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做負(fù)功。在物理解題過(guò)程中，滑動(dòng)摩擦力通常起到阻礙物體運(yùn)動(dòng)的作用，而物體會(huì)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中克服滑動(dòng)摩擦力的影響，而在這一過(guò)程中滑動(dòng)摩擦力就對(duì)這個(gè)物體做負(fù)功。例如將質(zhì)量為m的物體放置在一平面粗糙且水平靜止的桌面上，并通過(guò)外在拉力促使物體向右運(yùn)動(dòng)，如圖1所示，已知物體和桌面之間產(chǎn)生的摩擦因數(shù)為μ，問當(dāng)這一物體運(yùn)動(dòng)到S處時(shí)，摩擦力對(duì)這個(gè)物體做功為多少？

根據(jù)題意可知，當(dāng)物體在水平粗造桌面上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，其所受的摩擦力大小為f=μmg，且方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向相反向左側(cè)，而位移S的方向?yàn)橛?。因此，可以根?jù)公式W=FScosθ得出W=μmgScosπ=-μmgS，說(shuō)明摩擦力做負(fù)功。

第二，滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做正功。摩擦力在某些情況下可幫助物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這時(shí)，滑動(dòng)滑動(dòng)摩擦力會(huì)對(duì)物體做正功。例如，一輛車的粗糙表面上方有一個(gè)質(zhì)量為m的物體停在水平地面上，當(dāng)車向右運(yùn)動(dòng)的位移為S時(shí)，車上的物體會(huì)相對(duì)向左運(yùn)動(dòng)，位移為S′，如圖2所示，問滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體m的做功為多少？

據(jù)題意可知，當(dāng)小車在向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中物體會(huì)朝向相對(duì)于小車相反的方向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，因此，物體所受到的摩擦力的方向是向右的，小車與濃重，車上的物體與地面形成的相對(duì)位移為S-S′，且方向向右，因此滑動(dòng)摩擦力在這一過(guò)程中對(duì)車上物體做正功，大小為W=FScosθ=μmg（S-S′），而摩擦力在這一過(guò)程中對(duì)這個(gè)小車做負(fù)功，摩擦力做功為W′=μmgScosπ=-μmgS，而這一對(duì)滑動(dòng)摩擦力在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)兩個(gè)物體做功的總和為W=W+W′=μmg（S-S′）+（-μmgS）=-μmgS′，為負(fù)值。

第三，滑動(dòng)摩擦力沒有對(duì)物體做功。據(jù)圖1可知，雖然物體在平面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì)受到向左摩擦力的影響，但是桌面并沒有隨著摩擦力產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這說(shuō)明物體在滑動(dòng)摩擦力的作用下，相對(duì)于地面來(lái)說(shuō)桌面位移S為“0”且做功W也為“0”，因此滑動(dòng)摩擦力沒有對(duì)桌面做功。

第四，靜摩擦力對(duì)物體做功。如圖3所示，一傳送帶與水平地面夾角為θ，同時(shí)在傳送帶上放置一個(gè)物體，相對(duì)于傳送帶來(lái)說(shuō)物體始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)傳送帶勻速將物體向下傳送時(shí)，靜摩擦力對(duì)物體的做功是多少？據(jù)題意可知，當(dāng)傳送帶勻速將物體向下傳送時(shí)，物體與地面相對(duì)的位移方向是沿著斜面向下，而在這一過(guò)程中傳送帶對(duì)物體的靜摩擦力和物體重力沿斜面的分力平衡，物體所受靜摩擦力方向與其位移方向相反，因此在傳輸過(guò)程中靜摩擦力對(duì)傳送帶上的物體做負(fù)功。同理，若是圖中的傳送帶是勻速向上傳送物體靜摩擦力就對(duì)物體做正功。此外，若是物體與地面始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，在受摩擦力的影響下沒有產(chǎn)生位移，則這一過(guò)程中靜摩擦力就沒有對(duì)物體做功。在同學(xué)們學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)物體承受的摩擦力以及物體的運(yùn)動(dòng)方向來(lái)判斷靜摩擦力是否對(duì)物體做功或者做的是何種功，通過(guò)理智的判斷和分析最終得出結(jié)論。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，摩擦力做功問題是物理學(xué)習(xí)中常見的問題，同學(xué)們?cè)谖锢韺W(xué)習(xí)的過(guò)程中應(yīng)打好基礎(chǔ)，同時(shí)提高理解分析能力。在課堂上通過(guò)認(rèn)真體會(huì)教師對(duì)典型例題的講解進(jìn)一步理解摩擦力做功這一難題，從而提高的學(xué)習(xí)質(zhì)量，完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，同時(shí)有效提升學(xué)習(xí)效率，為今后的物理學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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（作者單位：濟(jì)寧市第一中學(xué)）endprint