摩擦力做功与能量转化问题.doc

第 PAGE 4 页 共 NUMPAGES 4 页 专题 摩擦力做功与能量转化问题 【学习目标】 1.理解静摩擦力和滑动摩擦力做功的特点；2.理解摩擦生热及其计算。 【知识解读】 1.静摩擦力做功的特点 如图5－15－1，放在水平桌面上的物体A在水平拉力F的作用下未动，则桌面对A向左的静摩擦力不做功，因为桌面在静摩擦力的方向上没有位移。如图5－15－2，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。可见静摩擦力做功的特点是： （1）静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。（2）相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零。（3）在静摩擦力做功的过程中，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。 2.滑动摩擦力做功的特点 如图5－15－3，物块A在水平桌面上，在外力F的作用下向右运动，桌面对A向左的滑动摩擦力做负功，A对桌面的滑动摩擦力不做功。 如图5－15－4，上表面不光滑的长木板，放在光滑的水平地面上，一小铁块以速度从木板的左端滑上木板，当铁块和木板相对静止时木板相对地面滑动的距离为，小铁块相对木板滑动的距离为，滑动摩擦力对铁块所做的功为：―――① 根据动能定理，铁块动能的变化量为：―――② ②式表明，铁块从开始滑动到相对木板静止的过程中，其动能减少。那么，铁块减少的动能转化为什么能量了呢？ 以木板为研究对象，滑动摩擦力对木板所做的功为：――――――③ 根据动能定理，木板动能的变化量为：――④ ④式表明木板的动能是增加的，由于木板所受摩擦力的施力物体是铁块，可见木块减小的动能有一部分（）转化为木板的动能。 将②、④两式相加得：―――――――⑤ ⑤式表明铁块和木板组成的系统的机械能的减少量等于滑动摩擦力与铁块相对木板的位移的乘积，这部分能量转化为系统的内能。 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，且等于系统损失的机械能。 ③一对滑动摩擦力做功的过程中，能量的转化有两种情况：一是相互摩擦的物体间机械能的转移；二是机械能转化为内能。滑动摩擦力、空气阻力等，在曲线运动或者往返运动时所做的功等于力和路程（不是位移）的乘积。 3.摩擦生热:摩擦生热是指滑动摩擦生热，静摩擦不会生热。产生的热等于系统机械能的减少，又等于滑动摩擦力乘以相对位移，即 【案例剖析】例1.如图5－15－5，质量为M的足够长的木板，以速度在光滑的水平面上向左运动，一质量为m（）的小铁块以同样大小的速度从板的左端向右运动，最后二者以共同的速度做匀速运动。若它们之间的动摩擦因数为。求：（1）小铁块向右运动的最大距离为多少？ （2）小铁块在木板上滑行多远？ 【解析】小铁块滑上木板后，由于铁块相对木板向右滑动，铁块将受到向左的滑动摩擦力作用而减速，木板将受到向右的滑动摩擦力作用而减速。由于，所以当的速度减为零时，仍有向左的速度，相对于仍向右滑行，将在向左的滑动摩擦力作用下相对地面向左做初速为零的匀加速运动，木板继续向左减速，直到二者达到相同的速度，而后保持相对静止一起向左匀速运动。正确理解“小铁块向右运动的最大距离”和“在木板上滑行距离”的区别是解决问题的关键。（答案：（1）；（2）） 【目标达成】 4.如图5－15－8，一质量为的物块从倾角为的斜面上的A点由静止释放，下滑到B点时与挡板碰撞，碰撞后物块以碰前的速率反弹沿斜面向上滑动。若物块与斜面间的动摩擦因数是，。 （1）试分析物块最终停在何处？ （2）求物块在全过程中运动的路程。 5.如图5－15－6，AB和CD为两个对称的斜面，其上部足够长，下部分别与一光滑的圆弧面的两端相切，圆弧的圆心角为，半径，一物体在离圆弧底高度为处，以初速沿斜面向下运动，若物体与两斜面的动摩擦因数,则物体在两斜面上（不包括圆弧面部分）一共能走多长的路程？ 6.如图5－15－7，水平方向的传送带以2m/s的速度匀速运动，把一质量为2kg的小物体轻轻放在传送带的左端，经过4s物体到达传送带的右端。已知物体与传送带间的动摩擦因数为0.2，求： （1）传送带的长度。 （2）这一过程中摩擦力对物体所做的功。 （3）这个过程中由于物体与传送带的摩擦而转化为内能的数值。 7.如图所示，质量为2kg的物体，在倾角为的斜面上自A点向B点下滑，。物体在A点的速率为，物体到B点时开始压缩弹簧，当弹簧被压缩了20cm到最短时，物体在C点。斜面对物体的摩擦力，弹簧的质量可忽略不计，若物体能沿斜面弹回到B点的上方，求物体向上弹回能达到的最高点距点C的高度差。