第七章复习资料-变力做功和摩擦力做功
年级高一学科物理版本人教新课标版
课程标题第七章复习：变力做功和摩擦力做功
编稿老师张晓春
一校黄楠二校林卉审核薛海燕
一、学习目标：
1. 通过复习，掌握变力做功的求解方法。
2. 掌握摩擦力做功的基本特点，会求解摩擦力做功。
二、重点、难点：
重点：1. 变力做功的方法归纳。
2. 摩擦力做功的基本特点。
难点：滑动摩擦力做功和能量转化的特点。
三、考点分析：
内容和要求考点细目出题方式
选择、计算题
变力做功不同类型变力做功大小的计
算
摩擦力做功静摩擦力做功选择、计算题
滑动摩擦力做功
一、变力做功的计算方法：
1. 用动能定理
动能定理表达式为，其中是所有外力做功的代数和，△E k是物体动能的增量。如果物体受到的除某个变力以外的其他力所做的功均能求出，那么用动能定理表达式就可以求出这个变力所做的功。
2. 用功能原理
系统内除重力和弹力以外的其他力对系统所做功的代数和等于该系统机械能的增量。若在只有重力和弹力做功的系统内，则机械能守恒（即为机械能守恒定律）。
3. 利用W＝Pt求变力做功
这是一种等效代换的思想，用W＝Pt计算功时，必须满足变力的功率是一定的。4. 转化为恒力做功
在某些情况下，通过等效变换可将变力做功转换成恒力做功，继而可以用求解。 5. 用平均值
当力的方向不变，而大小随位移做线性变化时，可先求出力的算术平均值，再把平均值当成恒力，用功的计算式求解。 6. 微元法
对于变力做功，我们不能直接用公式θcos Fs W =进行计算，但是可以把运动过程分成很多小段，每一小段内可认为F 是恒力，用
求出每一小段内力F 所做的功，
然后累加起来就得到整个过程中变力所做的功。这种处理问题的方法称为微元法，其具有普遍的适用性。在高中阶段主要用这种方法来解决大小不变、方向总与运动方向相同或相反的变力做功的问题。
二、摩擦力做功的特点：
1. 静摩擦力做功的特点：
A. 静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。
B. 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他形式的能。
C. 相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总是等于零。 2. 滑动摩擦力做功的特点：
如图所示，顶端粗糙的小车，放在光滑的水平地面上，具有一定速度的小木块由小车左端滑上小车，当木块与小车相对静止时木块相对小车的位移为d ，小车相对地面的位移为s ，则滑动摩擦力F 对木块做的功为W 木=－F （d+s ） ①
由动能定理得木块的动能增量为ΔE k 木=－F （d+s ）② 滑动摩擦力对小车做的功为W 车=Fs ③ 同理，小车动能增量为ΔE k 车=Fs ④
②④两式相加得ΔE k 木+ΔE k 车=－Fd ⑤
⑤式表明木块和小车所组成系统的机械能的减少量等于滑动摩擦力与木块相对于小车位移的乘积，这部分能量转化为内能。
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在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之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，转化为内能的量值等于滑动摩擦力与物体相对位移的乘积。
③在相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总是负值，其绝对值恰等于滑动摩擦
力与物体相对位移的乘积，即恰等于系统损失的机械能。
类别
比较
静摩擦力滑动摩擦力
不同点能量转化方
面
在静摩擦力做功的过程中，只
有机械能从一个物体转移到
另一个物体（静摩擦力起着传
递机械能的作用），而没有机
械能转化为其他形式的能量
（1）相互摩擦的物体通过
摩擦力做功，将部分机械能从
一个物体转移到另一个物体
（2）部分机械能转化为内
能，此部分能量就是系统机械
能的损失量。
一对摩擦力
做的总功方
面
一对静摩擦力所做功的代数
和总等于零
一对相互作用的滑动摩擦力
对物体系统所做的总功，等于
滑动摩擦力与两个物体相对
位移的乘积，即W Ff＝－F f·x。
它表示物体克服摩擦力做功，
系统损失的机械能转变成内
能。
相同点做功方面两种摩擦力对物体都可以做正功、负功，还可以不做功
知识点一：变力做功的计算
1. 应用动能定理求解变力做功
例. 如图所示，用同种材料制成的一个轨道，AB段为圆弧，半径为R，水平放置的BC 段长为R，一小物块质量为，与轨道间动摩擦因数为，当它从轨道顶端A点由静止下滑时恰好运动到C点静止，求物块在AB段克服摩擦力做的功。
分析：物块由A运动到B的过程中共受三个力作用：重力G、支持力N、摩擦力f。由于轨道是弯曲的，故支持力和摩擦力均为变力，但支持力时刻垂直于速度方向，因此支持力不做功，则该过程中只有重力和摩擦力做功。
解答：设物块在B点时速度为，A点时速度为，由动能定理知，其中
。
所以
物块由B 点运动到C 点的过程中，重力和支持力不做功，仅有摩擦力做功，设为。
由动能定理得
又
由（1）（2）（3）式可得
物块在AB 段克服摩擦力做了功f f W W -=''mgR )1(μ-=
解题后的思考：该题考查变力做功的求解，由于轨道面弯曲，所以摩擦力的大小、方向时刻发生变化，因此不能采用功的公式直接求解，而通过动能定理可以很方便的求解，在解题过程中要注意对物体所进行的受力分析，准确计算合力对物体做的功。
2. 用平均力等效代换变力，化变力为恒力
例. 如图所示，一个劲度系数为200N/m 的弹簧，下端连接一质量为2kg 的物体，上端连着跨过定滑轮的绳子的一端，在绳子的另一端施一竖直向下的力，自弹簧为原长开始缓慢竖直向下拉20cm 的过程中，求拉力做了多少功？（g 取10m/s 2）。
图2
分析：该题所给情境中，外力F 向下拉弹簧的过程为缓慢下拉，所以拉力始终等于弹簧的弹力，而弹力随着弹簧伸长量的改变而变化，故本题仍然属于考查变力做功的问题。
解答：自弹簧为原长开始缓慢竖直向下拉20cm 的过程可分为两个阶段。第一阶段是：当物体尚未离开地面时，拉力随着弹簧的伸长而线性地增大（F ＝kx ）。对于这种方向不变、大小均匀变化的变力做功问题，可用平均力（F ＝
）等效代换变力，然后利用
αcos Fs W =计算变力所做的功。
由于弹簧的最大伸长量为，所以第一阶段拉力所做的功
当拉力等于物重后，物体离开地面上升的过程中，拉力恒定不变，所以第二阶段拉力所做的功
故自弹簧为原长开始竖直下拉20cm 的过程中拉力所做的功
解题后的思考：对于处理像弹簧这一类具有线性变化的力，我们可用其平均力的值作为恒力来替代变力做功的过程，用平均力（F ＝
）等效代换变力，然后利用
α
W=计算变力所做的功。
Fs
cos
3. 微元求和法
例. 如图所示，某人用力F转动半径为R的转盘，力F的大小不变，但方向始终与过力的作用点的转盘的切线一致，则转动转盘一周该力做多少功。
分析：在转盘转动一周的过程中，力F的方向时刻变化，但每一瞬时力F总是与该瞬时的速度同向（切线方向），即力F在每一瞬时与转盘转过的极小位移……
的方向都相同，因而在转盘转动一周的过程中，力F做的功应等于其在各极小位移段所做功的代数和。
解答：把整个圆周分为n段小弧，每一段都可以看做这段弧的切线，也可以看成是转盘经过这段距离的位移，而每一段小弧均可看做恒力做功，则总功为每一段小弧做功的总和。
解题后的思考：变力始终与速度在同一直线上或成某一固定角度时，可考虑把曲线运动或往复运动的路线拉直，在各小段位移上将变力转化为恒力，用计算功，且变力所做的功应等于变力在各小段位移所做功之和，化曲为直的思想在物理学研究中有很重要的应用，研究平抛运动和单摆运动时，都用到了这种思想。
4. 应用功能关系求解变力做功
例. 如图所示，一质量m＝2kg的小球系在轻细橡皮条一端，另一端固定在悬点O处。将橡皮条拉直至水平位置OA处（橡皮条无形变）然后将小球由A处静止释放，小球到达O点正下方h＝0.5m处的B点时的速度为v＝2m/s。求小球从A点运动到B点的过程中橡皮条的弹力对小球所做的功。（取g＝10m/s2。）
分析：将小球、橡皮条和地球组成的系统作为研究对象，在小球从A点运动到B点的过程中，只有系统内的重力和弹力做功，故机械能守恒。
解答：取过B点的水平面为零重力势能参考平面，橡皮条为原长时的弹性势能为零。设在B点时橡皮条的弹性势能为E p2，由机械能守恒定律得
则
橡皮条的弹性势能增加6J，则小球的机械能必减少6J，故橡皮条的弹力对小球做功－6J。
解题后的思考：弹簧或橡皮条的弹力是变力，求此类弹力做功的问题可用机械能守恒定律结合弹力做功与弹性势能变化的关系进行解答。
5. 转换研究对象，将变力做功转化为恒力做功
例. 人在A点拉着绳通过光滑的定滑轮，吊起一质量m＝50kg的物体，如图所示，开始绳与水平方向的夹角为，当人匀速提起物体由A点沿水平方向运动而到达B点，此时绳与水平方向成角，求人对绳的拉力所做的功。
分析：人对绳的拉力大小虽然始终等于物体的重力，但方向却时刻在变化，故无法利用恒力公式直接求出人对绳的拉力所做的功。若转换研究对象就不难发现，人对绳的拉力等于物体的重力，所以人对绳的拉力所做的功与绳对物体的拉力所做的功相同，而绳对物体的拉力是恒力，则可以利用功的公式直接求解。
解答：设定滑轮离地面的高度为h，则人向前走的距离为
人由A点走到B点的过程中，物体G上升的高度等于定滑轮右侧的绳子增加的长度，即
人对绳做的功为，代入数据可得：
解题后的思考：该题通过转换研究对象，从而达到化变力做功为恒力做功，就可以利用前面学习过的基本公式求解。
6 用公式求解
例. 质量为m的机车，以恒定功率从静止开始启动，所受阻力是车重的k倍，机车经过时间t速度达到最大值v，求机车的功率和机车所受阻力在这段时间内所做的功。
分析：机车的功率恒定，从静止开始达到最大速度的过程中，牵引力不断减小，当速度达到最大值时，机车所受牵引力达到最小值，与阻力相等。在这段时间内，机车所受阻力可认为是恒力，牵引力是变力，因此，机车做的功不能直接用来求解，但这一
过程中牵引力做功的功率恒定不变，所以可用公式来计算。
解答：根据题意，机车所受阻力，当机车速度达到最大值时，机车功率为：
根据
，该时间内机车牵引力做功为：
根据动能定理，得牵引力克服阻力做功为：
故阻力做功为：
解题后的思考：对于交通工具以恒定功率启动时，都可以根据来求牵引力这一
变力所做的功。
知识点二：摩擦力做功的特点
例1. 如图所示，质量为m 的小铁块A 以水平速度v 0冲上质量为M 、长为l 、置于光滑水平面C 上的长木板B ，且正好不从木板上掉下。已知A 、B 间的动摩擦因数为μ，此时长木板对地位面的移为s ，求这一过程中： （1）长木板增加的动能。 （2）小铁块减少的动能。 （3）系统机械能的减少量。
（4）系统产生的热量。
分析：该题考查摩擦力做功问题。
解答：在此过程中摩擦力做功的情况为：A 和B 所受摩擦力分别为F 、F ’，且
'F F =mg μ=，A 在F 的作用下减速，B 在F ’的作用下加速；当A 滑动到B 的右端时，A 、
B 达到一样的速度v ，A 就正好不掉下来。
（1）以B 为研究对象，根据动能定理得12k k E E W -=合
kB E Mv mgs ?==
22
1
μ ① 从上式可知mgs E kB μ=?，即为B 的动能增加量。
（2）以A 为研究对象，滑动摩擦力对小铁块A 做负功，根据功能关系可知
)(l s mg E kA +-=?μ。
即)(2
12121)(202
202v v m mv mv l s mg -?=-=+-μ
②
所以，A 减少的动能为()l s mg +μ
（3）由①②联立可得：系统机械能的减少量kB kA E E E ?-?=?
222
02
12121Mv mv mv E --=
? 由①②可知mgl E μ=?。
（4）由滑动摩擦力做功的特点知，摩擦力在物体相对位移内做的功等于系统机械能的损失量，也等于其内能增加量，所以m 、M 相对位移为l ，根据能量守恒可得mgl Q μ=。
解题后的思考：在求解摩擦力做功问题时，首先要抓住摩擦力的大小和方向这一要点，这是求解力对物体做功的基础，进而再确定物体的位移，但要注意，这里对位移的确定要选取地面为参考系。
例2 如图所示，皮带的转动速度是3m ／s ，两圆心距离s=4.5 m 。现将m=1kg 的小物体m 轻放到左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数15.0=μ，电动机带动皮带将物体从左轮运送到右轮正上方时，电动机消耗的电能是___________。（g 取10N/kg 。）
分析:该题是以传送带模型为背景，考查摩擦力做功和能量守恒定律。
解答：物体在相对滑动过程中，在摩擦力作用下做匀加速运动，则由牛顿第二定律得：
2/5.1s m g m
F
a ===
μ。 则物体相对于传送带滑动的时间为
s s a v t 25
.13===
。 这一过程中物体相对于地面的位移为
m m at s 325.12
1
2122=??==
。 设摩擦力对物体做的功为W 1，则由动能定理得：k E W ?=1 所以J J mv W 5.4912
1
2121=??==
。 物体与皮带间的相对位移为
m m s vt l 3)323(=-?=-=。
电动机发热消耗的能量E 为滑动摩擦力在相对位移内做的功
J J mgl W E 5.4310115.02=???===μ。
从而，由功能关系得电动机消耗的电能为
J W W E 921=+=。
解题后的思考：在对题目的分析求解过程中，要注意正确分析能量的转化方向。本题中电动机消耗电能，转化为物体的动能和相对运动过程中产生的内能，因此可由能量守恒定律求解。
功是始终贯穿于能量问题的一个物理量，常规的方法是应用公式θcos Fs W =进行求解，但这个公式只能用于求解恒力对物体做功，而变力做功却是高中物理的难点。在这一讲中，我们总结了常用的几种求解变力做功的方法，在解题时要能灵活地选择应用解题的过程中要注意分析物体的运动过程，及运动过程中有哪些力，这些力的特点是什么，有哪些力对物体做功，对应着哪些形式能量的转化等，从而选择恰当的解题方法。在分析摩擦力做功的过程中要注意，对物体位移的分析要以地面为参考系，继而正确确定力的方向和大小求解功的大小。物体之间一对静摩擦力做功的过程中，静摩擦力只起到传递机械能的作用，不改变机械能的大小；滑动摩擦力做功的过程中，在相对位移内做功可引起物体间内能的增加，这是利用能量守恒定律解题时的一个很重要的规律。
一、预习新知 下一讲我们将对本章的知识进行系统的总结归纳
二、预习点拨
探究任务：复习本章的基本知识点和考点，回顾相应题型的解题方法。
（答题时间：45分钟）
1. 如图1所示，利用倾角为α的传送带把一个质量为m 的木箱匀速传送距离L ，这时木箱升高h ，木箱和传送带始终保持相对静止.关于此过程，下列说法正确的是（ ）
A. 木箱克服摩擦力做功mgh
B. 摩擦力对木箱做功为零
C. 摩擦力对木箱做功为μmgLcos α，其中μ为摩擦系数
D. 摩擦力对木箱做功为mgh
2. 如下图所示，劈a 放在光滑的水平面上，斜面光滑，把物体b 放在斜面a 的顶端，由静止下滑.关于在下滑过程中斜面a 对物体b 的弹力对b 做的功W 1、物体b 对斜面a 的弹力对a 做的功W 2，下列说法正确的是（ ）
A. W 1=0
B. W 1为负
C. W 2为正
D. W 2=0
3. 如下图所示，重物P 放在一长木板OA 上，将长木板绕O 端转过一个小角度的过程中，重物P 相对于木板始终保持静止，则下列关于木板对重物P 的摩擦力和支持力做功的情况说法正确的是：（ ） A. 摩擦力对重物不做功 B. 摩擦力对重物做负功 C. 支持力对重物不做功
D. 支持力对重物做正功
4. 一辆卡车从静止开始由山顶向山下滑行，卡车司机关闭了发动机，卡车滑到山底的速度是4km/h ，如果关闭发动机后，卡车以初速度3km/h 由山顶滑下，则卡车滑到山底的速度是
A. 4km h /
B. 5km h /
C. 6km h /
D. 7km s /
5. 一木块前端有一滑轮，绳的一端系在右方固定处，另一端穿过滑轮用恒力F 拉动木块。保持两股绳之间的夹角θ不变，如下图所示．当用力拉绳使木块前进s 时，恒力F 对木块做的功（不计绳重和摩擦）是
A. Fs cos θ
B. Fs （1＋cos θ）
C. 2Fs cos θ
D. 2F s
6. 某汽车以额定功率在水平路面上行驶，空载时的最大速度为v 1，装满货物后的最大速度为v 2，已知汽车空车的质量为m 0，汽车所受的阻力跟车重成正比，则汽车后来所装的货物的质量是
（ ）
A. 12
02v v m v -
B. 1202v v m v +
C. m 0
D. 102
v
m v
7. 如下图（甲）所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平面上，t =0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复。通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F 随时间t 变化的图像如下图（乙）如示，则
A. 1t 时刻小球动能最大
B. 2t 时刻小球动能最大
C. 2t ～3t 这段时间内，小球的动能先增加后减少
D. 2t ～3t 这段时间内，小球增加的动能等于弹簧减少的弹性势能
8. 如下图所示，质量为m 的物体被细绳经过光滑小孔而牵引在光滑的水平面上做匀速圆周运动，拉力为F 时转动半径为R ，当拉力逐渐减小到F/4时，物体仍做匀速圆周运动，半径为2R ，则外力对物体所做的功的大小是多少？
9. 一个质量为4kg 的物体静止在足够大的水平地面上，物体与地面的动摩擦因数μ=0.1，从t=0开始，物体受到一个大小和方向呈周期性变化的水平力F 作用，力F 随时间变化规律如下图所示，求83秒内物体的位移大小和水平力F 对物体所做的功（g 取10m/s 2）
10. 一根粗细均匀的木棒竖直浸入水中，若将木棒等分为n 段，且第一段浸入的过程中，浮力做功为，求第n 段和全部木棒浸入的过程中，浮力做功分别是多少？
1. D 解析：木箱和皮带间的摩擦力为静摩擦力，对木箱做正功，木箱匀速运动，根据功能原理知，摩擦力对木箱做的功等于木箱克服重力做的功mgh ，D 选项正确.
2. B 、C 解析：a 、b 之间的弹力方向如图，F 1、F 2均与接触面垂直，但斜面a 对b 的弹力F 1与物体b 的运动方向间的夹角大于90°，故斜面a 对b 的弹力对b 做负功；b 对斜面a 的弹力F 2与斜面a 的运动方向夹角小于90°，故b 对斜面a 的弹力对a 做正功.
3. A. D
解析：由做功的条件可知：力对物体做功的条件为：①有力作用在物体上，
②物体在力的方向上有位移。由题意可知，摩擦力时刻与物体运动方向垂直，故摩擦力不做功，支持力与物体运动方向相同，故支持力做功。
4. B 解析：由动能定理知，卡车下滑到山底的过程中2
2
1mv E mgh W k =?==合，两次下滑过程中动能增加量相同，所以2
0222
12121mv mv mv mgh E t k -===?，可知B 项正确。
5. B 解析：拉绳时，两股绳上的拉力都是F ，它们都对物体做功，因此其对物体做的功为)cos 1(cos 21θθ+=+=+=Fs Fs Fs W W W ，故B 正确。
6. A 解析：由题知汽车空载时F f1=1
P
v =km 0g ，
满载时F f2=2
P
v =k （m 0+m ）g ，
所以m=m 0122
v v
v -，故A 正确.
7. C 解析：t 1时刻前，小球做自由落体运动，t 1时刻接触弹簧，弹力逐渐增大，小球先做加速度减小的加速运动，t 1~t 2之间的某时刻，其速度最大，加速度减小为0，接着向下做减速运动，t 2时刻速度减小为0，此时弹簧弹力最大，小球有向上的最大加速度；t 2~t 3的过程中，小球先向上做加速度减小的加速运动，再向上做加速度增大的减速运动，所以C 选项对，2t ～3t 这段时间内，弹簧的弹性势能减小，小球动能增大的同时重力势能也在增大，所以D 错
8. 解析：FR /4
由圆周运动知识可得R v m F 20=，R
v m F t 241
2
=
由动能定理知，外力做功12k k E E W -=外
所以：FR W 4
1
=外
9. 676J 解析：物体所受的摩擦力mg f μ=在每个周期内的前2s ，物体运动的加速度大小为：211/2s m m f F a =-=
后2s ，物体运动的加速度大小为：221/2s m m
f
F a =+=，
由于21a a =，经过2s 的加速，速度达到s m T
a v /42
1
==，再经后2s 减速为零。物体在一个周期内的位移为m T a T a s 82212212
22
11=??
?
??+??? ??=，经过82s 内的位移为
m s s 1645.20182==在第83s 内，物体的速度由v=4m/s 减为v ′=2m/s ，发生的位移为
()m T v v s 34'2183=??
?
??+=
所以83s 内物体的位移大小为s=167m 由动能定理，此过程中拉力F 做功为J fs mv W 676'21
2=+=
。 10. ()02
0,12w h w n - 解析：设水的密度为，木棒的横截面积为S ，则浮力随木棒浸
入深度h 的变化可表示为 kh Sg h Vg F ===ρρ 即浮力（F ）与浸入深度（h ）成正比，设每一等分段长为
因为在第一段浸入过程中，浮力的平均值
所以
因为在第n 段浸入过程中浮力的平均值为
所以浮力做功为：
因为木棒全部浸入过程中，浮力的平均值为
所以浮力做功为：
高一物理最新教案-摩擦力做功与能量转化问题 精品
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 v 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s ，小铁 块相对木板滑动的距离为d ，滑动摩擦力对铁块所做的功为：W 铁＝－f(s+d)―――① 根据动能定理，铁块动能的变化量为： k w =f s+d E ?铁铁＝－（）―――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：w fs 板＝――――――③ 根据动能定理，木板动能的变化量为：k E w fs ?板板＝＝――④ 5-15-1 图 5152 图－ －5153 图－－ 5154 图－－
静摩擦力、滑动摩擦力做功问题附答案
静摩擦力、滑动摩擦力做功问题的讨论 【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。 【回顾摩擦力和功的概念】 摩擦力可分为静摩擦力和滑动摩擦力，方向与物体的相对运动趋势方向或相对运动方向相反。 αcos Fs W =（其中F 为力的大小， s 为物体位移的大小，α为力和位移的夹角） 【关于摩擦力做功的讨论】 1、静摩擦力做功情况： 模型1：如图，一个质量为m 的物体在水平外力F 作用下静止在地面上，求物体所受的摩擦力f 和地面所受的摩擦力f ’的做功是多少？ 模型2：如图，物体A 、B 相对静止，在水平外力F 的作用下沿光滑水平面向前滑行了S 的位移，求A 所受的摩擦力f 和B 所受的摩擦力f ’的做功是多少？ 综上所述：静摩擦力做功情况： （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。 一对静摩擦力对系统做功情况： （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。 W f = 0 W f’ = 0 这一对静摩擦力对系统做功总和为： 0 W f = fs W f’ = -fs 这一对静摩擦力对系统做功总和为： 0
2、滑动摩擦力做功情况： 模型3：如图，一质量为m 的物体在水平外力F 作用下沿水平面匀速运动了S 的距离，求物体所受的摩擦力f 和地面所受的摩擦力f ’的做功是多少？ 模型4：如图，木板B 长为L ，静止在光滑水平面上，一个小物体A 以速度v 0滑上B 的左端，当A 恰好滑到B 的右端时恰好相对B 静止，此时物体B 运动 了S 的位移，试判断A 、B 间摩擦力的做功情况。 模型5：光滑水平面上静止有两物体A 、B ，B 板长度为L ，现给A 加上一水平向右的力F 1，给B 加上水平向左的力F 2，如图所示，两物体从静止开始运动， 直到两物体分离，试分析A 、B 间摩擦力的做功情况。 综上所述：滑动摩擦力做功情况： 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。 一对滑动摩擦力对系统做功情况： -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(摩擦生热:Q=fs 相对)。 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。 W f = -fs W f’ = 0 这一对静摩擦力对系统做功总和为： -fs B 对A 的摩擦力：W f = -f(s+L) A 对B 的摩擦力：W f’ = fs 这一对静摩擦力对系统做功总和为： -fL V 0 V 对A 的摩擦力：W f = -FL 1 对B 的摩擦力：W f’ = -fL 2 为： -f(L 1 +L 2)=-fL
摩擦力做功的特点及应用
摩擦力做功的特点及应用 一、基础知识 1、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)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零． (3)静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能． 2、滑动摩擦力做功的特点 (1)滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功． (2)相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果： ①机械能全部转化为内能； ②有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外一部分转化为内能． (3)摩擦生热的计算：Q ＝F f s 相对．其中s 相对为相互摩擦的两个物体间的相对路程． 深化拓展 从功的角度看，一对滑动摩擦力对系统做的功等于系统内能的增加量；从能量的角度看，其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量． 3、列能量守恒定律方程的两条基本思路： (1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等； (2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加且减少量和增加量一定相等． 二、练习 1、如图所示，质量为m 的长木块A 静止于光滑水平面上，在其水平 的上表面左端放一质量为m 的滑块B ，已知木块长为L ，它与滑块之间 的动摩擦因数为μ.现用水平向右的恒力F 拉滑块B . (1)当长木块A 的位移为多少时，B 从A 的右端滑出？ (2)求上述过程中滑块与木块之间产生的内能． 审题指导 当把滑块B 拉离A 时，B 的位移为A 的位移与A 的长度之和．注意：审题时要画出它们的位移草图． 解析 (1)设B 从A 的右端滑出时，A 的位移为l ，A 、B 的速度分别为v A 、v B ，由动能定理得 μmgl ＝12 mv 2A (F －μmg )·(l ＋L )＝12 mv 2B
关于摩擦力做功的几个结论
关于摩擦力做功的几个结论 张国栋（山东省郓城第一中学 274700） 由于物体间的作用力总是成对出现，大小相等，方向相反，所以，对相互摩擦的两个物体来说，一对静摩擦力做功的代数和必为零（力和位移的大小都相等）；一对滑动摩擦力做功的代数和必不为零（力的大小相等，而位移的大小不等）。 1、一对滑动摩擦力做功的代数和，等于滑动摩擦力的大小和相互摩擦的两个物体相对位移的乘积，即 例1 如图1所示，质量为M的木块静止在光滑水平面上，一颗质量为m的子弹，以初速度水平飞来，钻入木块的深度为d，设子弹与木块的作用力恒定，子弹钻入木块过程中木块前进的距离为s，则摩擦力对两物体做功的代数和为 _______。 分析：根据动量守恒定律，子弹和木块最终的共同速度 根据动能定理： 对子弹有 对木块有 摩擦力对子弹做负功，对木块做正功。因此，摩擦力对两物体做功的代数和为
2、滑动摩擦力和相互摩擦的两个物体相对位移的乘积等于摩擦产生的热量，即 例2 如图2所示，长为d=0.5m的物体A静止在光滑水平地面上，一小物体B以水平速度飞来，刚好从A的上表面擦过。如果从B和A接触到离开的全过程中，A、B间相互作用的摩擦力是10N，且在上述过程中A被带动前进了0.6m，则在此过程中，A、B的机械能转化为内能_________J。 分析：A对B的摩擦力做负功，根据动能定理，B减少的动能 B对A的摩擦力做正功，根据动能定理，A增加的动能 A、B的机械能转化为内能的值应等于A、B损失的机械能，即 即摩擦力和两个物体相对位移的乘积等于摩擦生成的热。 3、滑动摩擦力和相对位移的乘积等于系统损失的机械能，即 例3 如图3所示，一质量为M、长为L的长方形木板B放在光滑的水平地面上，在其右端放一质量为m的小木块A，。现给A和B以大小相等、方向相反的初速度，使A开始向左运动，B开始向右运动，但最后A刚好没有滑离B板，则小木块A向左运动到达最远处（从地面上看）离开出发点的距离为__________。
例谈摩擦力做功问题
例谈摩擦力做功问题 李友全、李静（山东省威海市第一中学）选自《物理教学》2008年第9期摩擦力做功问题，一直是高中物理教学的重点，更是教学难点。在具体问题中涉及到摩擦力是否做功、做功的正负，以及作为作用力反作用力的一对摩擦力（以下简称“一对摩擦力”）所做功的代数和（以下简称“合功”）的正负等问题，学生往往纠缠不清，理不清思路，甚至发生谬误，本文拟根据实例就此类问题作概略的讨论。 一．静摩擦力做功 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。 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 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。 【例1】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。 这一点从能量转化的观点来分析，则更容易理解，在人走路的过程中，地面（我们把地面视为刚体）没有发生任何形式的能量转化，因此地面不可能做功。既然静摩擦力不做功，那么人在走路时的动能是从何而来的呢？人脚向后蹬地时，下肢对躯干施以斜向前上方的力F，躯干向前发生位移s，F与s夹角为α，而且α＜π/2，力F对躯干做正功，使躯干获得动能，然后躯干再对腾空腿做功，带动它向前运动，此时，另一只脚蹬地。这个过程反复进行，人就能沿粗糙的地面前行。从能量转化的观点来看，人走路的过程就是人体内的生物化学能通过做功转化为动能的过程，当然也有一部分转化为内能。有人会问：如果没有地面摩擦力，人便不能行走，这又如何解释呢？这是因为地面的摩擦力对人施加了向前的冲量（f?Δt），为
摩擦力做功及传送带中的能量问题
9月6日 摩擦力做功及传送带中的能量问题 高考频度：★★★★☆ 难易程度：★★★★☆ 如图所示，足够长的传送带与水平方向的夹角为θ，物块a 通过平行于传送带的轻绳跨过光滑定滑轮与物块b 相连，b 的质量为m 。开始时，a 、b 及传送带均静止，且a 不受摩擦力作用。现让传送带逆时针匀速转动，在b 由静止开始上升h 高度(未与定滑轮相碰)过程中 A ．a 的重力势能减少mgh B ．摩擦力对a 做的功等于a 机械能的增量 C ．摩擦力对a 做的功等于a 、b 动能增加量之和 D ．任意时刻，重力对a 、b 做功的瞬时功率大小相等 【参考答案】ACD 【知识补给】 摩擦力做功的特点 静摩擦力：可以不做功，可以做正功，也可以做负功；相互作用的系统内，一对静摩擦力所做共的代数和为零；在静摩擦力做功的过程重，只有机械能的相互转化，而没有机械能转化为其他形式的能。 滑动摩擦力；可以不做功，可以做正功，也可以做负功；相互作用的系统内，一对滑动摩擦力所做功的代数和总为负值，其绝对值等于滑动摩擦力与相对路程的乘积，等于系统损失的机械能，=f W f s E =?相对路程损，在滑动摩擦力做功的过程中，既有机械能的相互转移，又有机械能转化为其他形式
的能。 在传送带模型中，物体和传送带由于摩擦而产生的热量等于摩擦力乘以相对路程，即Q f s =?相对路程。 如图所示，白色传送带与水平面夹角为37°，以10 m/s 的恒定速率沿顺时针方向转动。在传送带上端A 处无初速度地轻放一个质量为1 kg 的小煤块(可视为质点)，它与传送带间的动摩擦因数为0.5。已知传送带上端A 到下端B 的距离为16 m ，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，重力加速度g =10 m/s 2 。则在小煤块从A 运动到B 的过程中 A ．运动的时间为2 s B ．小煤块在白色传送带上留下的黑色印记长度为6 m C ．小煤块和传送带间因摩擦产生的热量为24 J D ．小煤块对传送带做的总功为0 （2017·山西太原高一期末）关于重力，摩擦力做功的叙述，正确的是 A ．重力对物体做功只与始、末位置有关，而与路径无关 B ．物体克服重力做了多少功，物体的重力势能就减少多少 C ．摩擦力对物体做功与路径无关 D ．摩擦力对物体做功，物体动能一定减少 （2017·山西太原高三月考）如图所示，传送带以恒定速率顺时针运行。将物体轻放在传送带底端，第一阶段物体被加速，第二阶段物体做匀速运动到达传送带顶端。下列说法中正确的是 A ．第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体不做功 B ．第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加 C ．全过程摩擦力对物体做的功等于全过程物体机械能的增加
第七章复习资料-变力做功和摩擦力做功
年级高一学科物理版本人教新课标版 课程标题第七章复习：变力做功和摩擦力做功 编稿老师张晓春 一校黄楠二校林卉审核薛海燕 一、学习目标： 1. 通过复习，掌握变力做功的求解方法。 2. 掌握摩擦力做功的基本特点，会求解摩擦力做功。 二、重点、难点： 重点：1. 变力做功的方法归纳。 2. 摩擦力做功的基本特点。 难点：滑动摩擦力做功和能量转化的特点。 三、考点分析： 内容和要求考点细目出题方式 选择、计算题 变力做功不同类型变力做功大小的计 算 摩擦力做功静摩擦力做功选择、计算题 滑动摩擦力做功 一、变力做功的计算方法： 1. 用动能定理 动能定理表达式为，其中是所有外力做功的代数和，△E k是物体动能的增量。如果物体受到的除某个变力以外的其他力所做的功均能求出，那么用动能定理表达式就可以求出这个变力所做的功。 2. 用功能原理 系统内除重力和弹力以外的其他力对系统所做功的代数和等于该系统机械能的增量。若在只有重力和弹力做功的系统内，则机械能守恒（即为机械能守恒定律）。 3. 利用W＝Pt求变力做功 这是一种等效代换的思想，用W＝Pt计算功时，必须满足变力的功率是一定的。4. 转化为恒力做功
在某些情况下，通过等效变换可将变力做功转换成恒力做功，继而可以用求解。 5. 用平均值 当力的方向不变，而大小随位移做线性变化时，可先求出力的算术平均值，再把平均值当成恒力，用功的计算式求解。 6. 微元法 对于变力做功，我们不能直接用公式θcos Fs W =进行计算，但是可以把运动过程分成很多小段，每一小段内可认为F 是恒力，用 求出每一小段内力F 所做的功， 然后累加起来就得到整个过程中变力所做的功。这种处理问题的方法称为微元法，其具有普遍的适用性。在高中阶段主要用这种方法来解决大小不变、方向总与运动方向相同或相反的变力做功的问题。 二、摩擦力做功的特点： 1. 静摩擦力做功的特点： A. 静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。 B. 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他形式的能。 C. 相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总是等于零。 2. 滑动摩擦力做功的特点： 如图所示，顶端粗糙的小车，放在光滑的水平地面上，具有一定速度的小木块由小车左端滑上小车，当木块与小车相对静止时木块相对小车的位移为d ，小车相对地面的位移为s ，则滑动摩擦力F 对木块做的功为W 木=－F （d+s ） ① 由动能定理得木块的动能增量为ΔE k 木=－F （d+s ）② 滑动摩擦力对小车做的功为W 车=Fs ③ 同理，小车动能增量为ΔE k 车=Fs ④ ②④两式相加得ΔE k 木+ΔE k 车=－Fd ⑤ ⑤式表明木块和小车所组成系统的机械能的减少量等于滑动摩擦力与木块相对于小车位移的乘积，这部分能量转化为内能。 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在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之间机械能的转移；二是机械能转化为内能，转化为内能的量值等于滑动摩擦力与物体相对位移的乘积。 ③在相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做的功总是负值，其绝对值恰等于滑动摩擦
关于摩擦力做功的讨论
关于摩擦力做功的讨论 一、滑动摩擦力 当两物体直接接触，接触面上有弹力出现，接触面不光滑，两物体接触面上有相对运动时，二者相互向对方施加阻碍相对运动的滑动摩擦力。那么，滑动摩擦力的做功情况如何？ 1．滑动摩擦力一定做功吗？ 由以上对滑动摩擦力的描述，很容易得出一个结论：滑动摩擦力一定做功。其实这个结论是错误的。尽管出现滑动摩擦力作用的两物体间，肯定有相对运动发生，但计算功的公 式中的s是受力物体相对地面的位移，两物体间有相对运动，但两物体不一定全都相对地面有位移发生。 如图1所示，A、B两物体叠放在水平地面上，用细绳将A物体拴接于竖直墙上，两物体间、B与地面的接触处均不光滑，现用水平拉力将物体B匀速拉出，在拉出B物体的过程中，B对A的滑动摩擦力是水平向右的，而A物体相对地面的位移却是零，所以B对A的滑动摩擦力对A不做功。 判断滑动摩擦力是否做功，首先要搞清是哪个力对那个物体做不做功，关键是看这个物体在摩擦力的方向上相对地面的位移是不是零。 2．滑动摩擦力一定做负功吗？ 由于摩擦力的方向总是与相对运动方向相反，如两物体中甲对乙的滑动摩擦力方向总是与乙相对甲的运动方向对反，这也很容易得出滑动摩擦力一定做负功的错误结论。 判断滑动摩擦力是做负功还是做正功，首先还得搞清是判断哪个力对哪个物体做功，关键是判断该物体所受滑动摩擦力的方向与它相对地面的位移方向间的夹角是大于、等于还是小于90o，与此分别对应的是做负功、不做功、做正功。 如图2所示，在光滑水平地面上静置一表面不光滑的长木板B，现有一可视为质点的小物体A以水平初速度v o从长木板的左端滑向右端。如图3、图4所示，在A未离开B前，A物体所受滑动摩擦力f AB水平向左，A相对地面的位移s A方向向右，所以滑动摩擦力f AB对A做负功；B物体所受滑动摩擦力f BA方向向右，相对地面的位移s B方向向右，滑动摩擦力f BA对B做正功。 3．一对滑动摩擦力功的代数和一定为零吗？ 物体间力的作用总是相互的，两物体间的滑动摩擦力也不例外，如图2中的A、B两物体间，A对B施加滑动摩擦力f BA的同时也受到了作为此力的反作用力的B对A的滑动摩擦力f AB，由牛顿第三定律知，这两个力大小相等，设它们的大小为f，则上述过程中，这两个 力的功分别为：，。由于|s A|>|s B|，所以，W A+W B≠0。
摩擦力做功与产生热能的关系
摩擦力做功与产生热能的关系 众所周知,恒力做功的公式为W=F.Scosθ, 但当做功的力涉及到摩擦力时,往往会使问题变的复杂化. 我们知道摩擦力属于“耗散力”，做功与路径有关，如果考虑摩擦力做功的过程中与产生热能关系时，很多学生就会对之束手无策,从近几年的高考命题中,这类问题是重点也是难点问题,以下就针对摩擦力做功与产生热能的关系作一总结的分析. 1．摩擦力做功的特点与产生热能的机理. 根据，<费曼物理学讲义>中的描述：“摩擦力的起因:从原子情况来看,相互接触的两个表面是不平整的,它们有许多接触点,原子好象粘接在一起,于是,当我们拉开一个正在滑动的物体时,原子啪的一下分开，随及发生振动，过去，把这种摩擦的机理想象的很简单，表面起因只不过布满凹凸不同的形状，摩擦起因于抬高滑动体越过突起部分，但是事实不可能是这样的，因为在这种情况中不会有能量损失，而实际是要消耗动力的。动力消耗的机理是当滑动体撞击突起部分时，突起部分发生形变，接着在两个物体中产生波和原子运动，过了一会儿，产生了热。”从以上对摩擦力做功与产生热能的机理的描述，我们从微观的角度了解到摩擦生热的机理，＂所以，我们对“做功”和“生热”实质的解释是：做功是指其中的某一个摩擦力对某一个物体做的功，而且一般都是以地面为参考系的，而“生热”的实质是机械能向内能转化的过程。这与一对相互作用的摩擦力所做功的代数和有关。为了说明这个问题，我们首先应该明确摩擦力做功的特点．２．摩擦力做功的特点． 我们学习的摩擦力包括动摩擦力和静摩擦力，它们的做功情况是否相同呢？下面我们就分别从各自做功的特点逐一分析。 ２．１静摩擦力的功 静摩擦力虽然是在两个物体没有相对位移条件下出现的力，但这不等于静摩擦力做功一定为零。因为受到静摩擦力作用的物体依然可以相对地面或其它参考系发生位移，这个位移如果不与静摩擦力垂直，则静摩擦力必定做功，如果叠在一起的两个木块Ａ、Ｂ，在拉力Ｆ的作用下沿着光滑水平面发生一段位移s，图一所示，则Ａ物体受到向前的静摩擦力f０对Ａ作正功W= f０s 图一 图二
13专题：功能关系、摩擦力做功的特点及其应用(PXH)
专题：功能关系、摩擦力做功的特点及其应用 【考点】功能关系的理解及其应用、能量守恒定律的理解及其应用，摩擦力做功的特点及其应用； 【知识点归纳】 考点一 功能关系的理解及应用 1.功能关系: 功是 的量度,即做了多少功就有多少能量发生了转化。 做功的过程一定伴随着 ,而且能量的转化必通过做功来实现。 3、练一练：升降机底板上放一质量为100 kg 的物体，物体随升降机由静止开始竖直向上移动5 m 时速度达到4 m/s ，则此过程中(g 取10 m/s 2)?( ) A.升降机对物体做功5 800 J B.合外力对物体做功5 800 J C.物体的重力势能增加500 J D.物体的机械能增加800 J 【例题1】(2016四川理综,1,6分)韩晓鹏是我国首位在冬奥会雪上项目夺冠的运动员。他在一次自由式滑雪空中技巧比赛中沿“助滑区”保持同一姿态下滑了一段距离,重力对他做功 1 900 J,他克服阻力做功100 J 。韩晓鹏在此过程中?( ) A.动能增加了1 900 J B.动能增加了2 000 J C.重力势能减小了1 900 J D.重力势能减小了2 000 J 【例题2】(2017广东佛山模拟)(多选)如图所示,质量为m 的物体(可视为质点)以某一速度从A 点冲上倾角为30°的固定斜面,其减速运动的加速度大小为 4 3 g,此物体在斜面上能够上升的最大高度为h,则在这个过程中,物体(重力加速度大小为g)?( ) A.重力势能增加了mgh B.机械能损失了 2mgh C.动能损失了mgh D.克服摩擦力做功 4 mgh ?
考点二 能量守恒定律的理解及应用 1.内容: 能量既不会 ,也不会凭空消失,它只能从一种形式 为另一种形式,或者从一个物体 到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量 。 2.表达式： 21E E = 或增减E E ?=? 1.对能量守恒定律的理解 (1)某种形式的能量减少,一定存在其他形式的能量增加,且减少量和增加量相等; (2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量相等。 2.应用能量守恒定律解题的一般步骤 (1)分清有多少形式的能(如动能、势能、内能、电能等)在变化。 (2)确定哪种形式的能量减少,哪种形式的能量增加,并且列出减少的能量总和ΔE 减与增加的能量总和ΔE 增的表达式。 (3)列出能量守恒关系式ΔE 减=ΔE 增。 3.涉及弹簧的能量问题的解题方法 两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统相互作用的过程，通常具有以下特点: (1)能量变化上,如果只有重力和系统内弹簧弹力做功,系统的机械能守恒。 (2)如果系统内的每个物体除弹簧弹力外，所受其他力的合力为零,则当弹簧伸长或压缩到最大程度时，两物体的速度相同。 (3)当弹簧为自然状态时,系统内某一端的物体具有最大速度。 1.如图所示,固定的竖直光滑长杆上套有质量为m 的小圆环,圆环与水平状态的轻质弹簧一端连接,弹簧的另一端连接在墙上,且处于原长状态。现让圆环由静止开始下滑,已知弹簧原长为L,圆环下滑到最大距离时弹簧的长度变为2L(未超过弹性限度),则在圆环下滑到最大距离的过程中 ( ) A.圆环的机械能守恒 B.弹簧弹性势能变化了3mgL C.圆环下滑到最大距离时,所受合力为零 D.圆环重力势能与弹簧弹性势能之和保持不变 2.如图所示,劲度系数为k 的轻弹簧一端固定在墙上,一个质量为m 的小物块(可视为质点)从A 点以初速度v 0向左运动,接触弹簧后运动到C 点时速度恰好为零,弹簧始终在弹性限度内。A 、C 两点间距离为L,物块与水平面间的动摩擦因数为μ,重力加速度为g,则物块由A 点运动到C 点的过程中,下列说法正确的是?( ) A.弹簧和物块组成的系统机械能守恒 B.物块克服摩擦力做的功为 2 02 1mv C.弹簧的弹性势能增加量为μmgL D.物块的初动能等于弹簧的弹性势能增加量与摩擦产生的热量之和
新教材高中物理 科学思维系列(一)——求解变力做功的几种方法及摩擦力做功的情况 新人教版必修第二册
科学思维系列(一)——求解变力做功的几种方法及摩擦力做功的情况 功的计算，在中学物理中占有十分重要的地位．功的计算公式W ＝Fl cos α只适用于恒力做功的情况，对于变力做功，则没有一个固定公式可用，但可以通过多种方法来求变力做功，如等效法、微元法、图象法等． 一、求解变力做功的几种方法 法1.用公式W ＝F － l cos α求变力做功 如果物体受到的力是均匀变化的，则可以利用物体受到的平均力的大小F －＝F 1＋F 2 2来计 算变力做功，其中F 1为物体初状态时受到的力，F 2为物体末状态时受到的力． 【典例1】 用铁锤把小铁钉钉入木板，设木板对铁钉的阻力与铁钉进入木板的深度成正比．已知铁锤第一次使铁钉进入木板的深度为d ，接着敲第二锤，如果铁锤第二次敲铁钉时对铁钉做的功与第一次相同，那么，第二次使铁钉进入木板的深度为( ) A ．(3－1)d B ．(2－1)d C. 5－1d 2 D. 22 d 【解析】 根据题意可得W ＝F －1d ＝kd 2d ，W ＝F － 2d ′＝kd ＋k d ＋d ′2 d ′，联立解得d ′ ＝(2－1)d (d ′＝－(2＋1)d 不符合实际，舍去)，故选项B 正确． 【答案】 B 法2.用图象法求变力做功 在F - x 图象中，图线与x 轴所围的“面积”的代数和表示F 做的功．“面积”有正负，在x 轴上方的“面积”为正，在x 轴下方的“面积”为负．如图甲、乙所示，这与运动学中由v - t 图象求位移的原理相同． 【典例2】 用质量为5 kg 的均匀铁索，
从10 m 深的井中吊起一质量为20 kg 的物体，此过程中人的拉力随物体上升的高度变化如图所示，在这个过程中人至少要做多少功？(g 取10 m/s 2 ) 【解析】 方法一 提升物体过程中拉力对位移的平均值： F －＝250＋2002 N ＝225 N 故该过程中拉力做功：W ＝F － h ＝2 250 J. 方法二 由F - h 图线与位移轴所围面积的物理意义，得拉力做功：W ＝250＋200 2×10 J ＝2 250 J. 【答案】 2 250 J 法3.用微元法求变力做功 圆周运动中，若质点所受力F 的方向始终与速度的方向相同，要求F 做的功，可将圆周分成许多极短的小圆弧，每段小圆弧都可以看成一段极短的直线，力F 对质点做的功等于它在每一小段上做功的代数和，这样变力(方向时刻变化)做功的问题就转化为多段上的恒力做功的问题了． 【典例3】 如图所示，质量为m 的质点在力F 的作用下，沿水平面上半径为R 的光滑圆槽运动一周．若F 的大小不变，方向始终与圆槽相切(与速度的方向相同)，求力F 对质点做的功． 【解析】 质点在运动的过程中，F 的方向始终与速度的方向相同，若将圆周分成许多极短的小圆弧Δl 1、Δl 2、Δl 3、…、Δl n ，则每段小圆弧都可以看成一段极短的直线，所以质点运动一周，力F 对质点做的功等于它在每一小段上做功的代数和，即W ＝W 1＋W 2＋…＋W n ＝F (Δl 1＋Δl 2＋…＋Δl n )＝2πRF . 【答案】 2πRF . 变式训练1 如图所示，放在水平地面上的木块与一劲度系数k ＝200 N/m 的轻质弹簧相连，现用手水平拉弹簧，拉力的作用点移动x 1＝0.2 m ，木块开始运动，继续拉弹簧，木块
摩擦力做功与能量转化问题
0文档收集于互联网，如有不妥请联系删除. 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v 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s ，小铁块相对木板滑动的距离为d ，滑 动摩擦力对铁块所做的功为：W 铁＝－f(s+d)―――① 根据动能定理，铁块动能的变化量为：k w =f s+d E ?铁铁＝－（）―――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：w fs 板＝――――――③ 根据动能定理，木板动能的变化量为：k E w fs ?板板＝＝――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（fs ）转化为木板的动能。 将②、④两式相加得：k k E E fd ??物板＋＝－―――――――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 5-15-1图 5152图－ －5153图－－ 5154 图－－
关于摩擦力做功的几类情况分析
关于摩擦力做功的问题 不论是静摩擦力，还是滑动摩擦力既可以对物体做正功，也可以对物体做负功，还可能不对物体做功。力做功是要看哪个力对哪个物体在哪个过程中做的功，而不是由力的性质来决定的。力做正功还是做负功要看这个力是动力还是阻力。摩擦力可以是动力也可以是阻力，也可能与位移方向垂直。 滑动摩擦力对物体做负功——物体克服滑动摩擦力做功，这是比较常见的情形。滑动摩擦力可以做正功，如上图所示，平板车放在光滑水平面上，右端放一小木块，用力F拉平 板车，结果木块在平板上滑动，这时平板给木块的滑动摩擦力 f水平向右，木块的位移也向右，滑动摩擦力f对木块做正 功。滑动摩擦力不做功的情况如右图所示。A、B叠放在水平 面上，B用一水平绳与墙相连，现用水平力F将A拉出，物 体A对B的滑动摩擦力f水平向右，B的位移为零，所以，滑动摩擦力f对B不做功。 静摩擦力做功的情况可用上图所示的装置来说明。若用水平力F拉平板车，木块与平 板车保持相对静止，而一起向右做加速运动，则平板车将给木块水平向右的静摩擦力f（用来产生加速度），在木块运动过程中，此力对木块做正功。根据牛顿 第三定律，木块也将给平板车水平向左的静摩擦力f而平板车的位移 水平向右，故木块给平板车的静摩擦力对平板车做负功。如果放在水 平地面上的物体，用一水平力去拉但没拉动，此时物体受的静摩 擦力与水平力大小相等，方向相反，但物体位移为零，所以静摩擦力 不做功。如果受静摩擦力作用的物体位移不为零，静摩擦力做功也可能为零，如右图所示，匀速向右行驶的车厢内，用力将物块m压在左壁上，物块相对车厢静止，由力的平衡知， 车厢壁对物块有竖直向上的静摩擦力f，位移方向水平向右，故f与位移方向垂直，静摩擦力对物块不做功。
摩擦力做功
摩擦力做功 1.无论静摩擦还是动摩擦力，有可能做正功，或者负功，或者不做功。 2一对相互作用的静摩擦力做功的代数和为零 3一对相互作用的滑动摩擦力做功的代数和为负值 4.关于摩擦生热 1）滑动摩擦才生热，静摩擦不生热 2）相互摩擦的两个物体的接触面都“生热”，因此摩擦生热所涉及到的对象应该是相互摩擦的两个物体组成的系统。 3）实质：通过一对相互作用的滑动摩擦力做功，将系统的机械能转化成内能。 即，系统损失的机械能等于系统增加的内能 5.摩擦生热公式： Q热=f×d（d为相互摩擦的两个物体发生的相对路程） （1）当A和B同向运动时，A和B发生的相对路程是d=X A—x B （2）当A和B反向运动时（A向左B向右）A和B发生的相对路程是d=X A＋x B
例1．质量为m的子弹以v0的初速度击中原来静止放在光滑平面上的质量为M 的长木板，当子弹打入金属块的深度为d时，子弹与长木板以共同的速度v m一起运动（即子弹停留在木板中），此时长木板在平面已滑行的距离为S。在子弹打入长木板的过程中，已知子弹与长木板之间的摩擦力为f， 请证明在子弹与木板摩擦的过程中，木板与子弹组成的系统产生的内能（热量）Q=f d 练习1，质量为m 的滑块以v的初速度在粗糙水平地面上滑行，一段距离S后停下来，物体的重力加速度为g，物体与地面之间的摩擦因素为μ，那么在滑行的过程（） A.摩擦力对物体做功为—μmgS，摩擦力对地面做功为0。 B.滑块增加的内能为 2 2 1mv C滑块和地面系统增加的内能总和为 2 2 1mv D滑块和地面系统增加的内能总和为Q=f d 练习2.如图，高度h=5m的光滑曲面的底端和水平传送带相切，传送带两轮的间距很大，传送带顺时针转动，传送带的传送速度为v2=5m/s。质量为m=1kg的物体，曲面上从静止开始下滑，下滑到底端进入水平传送带上，由于两轮的间距很大，所以物体最终在传送带上与传送带保持相对静止的运动，g=10m/s2.，物体与传送带之间的动摩擦因素为μ=0.5，求物体在传送带上运动的过程中，产生的总热量Q
一对相互作用的摩擦力做功的特点
一对相互作用的摩擦力做功的特点 湖北枣阳二中 张锋 在高中阶段，许多学生对于相互作用力的做功情况尤其是一对相互作用的摩擦力做功的情况感觉很模糊，甚至是束手无策。现在我就一对相互作用的摩擦力做功的特点发表一下我的看法。 一．一对静摩擦力做功特点 （1） 单个静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。例如在斜面上静 止不动的物体，静摩擦力不做功；与倾斜的传送带一起匀速上升的物体，静 摩擦力做正功；与倾斜的传送带一起匀速下降的物体，静摩擦力做负功。 （2） 相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总为零，即021=+W W 。 由于受静摩擦力的物体相对静止，所以他们的位移相等，而一对静摩擦力等 大反向，故有0)(21=?-+?==s f s f W W 。 （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他形式的能。 二．一对滑动摩擦力做功特点 （1） 滑动摩擦力总是阻碍物体的相对运动，但不一定阻碍物体的运动，故单个 滑动摩擦力可以对物体做正功，也可以对物体做负功，当然也可以不做功。 例如沿粗糙的斜面下滑的物体，滑动摩擦力对物体做负功而对斜面不做 功。 （2） 相互摩擦的系统内，一对滑动摩擦力所做功的代数和总为负值，其绝对值 恰等于于相对位移的乘积，即恰等于系统因摩擦而损失的机械能。 (Q W W -=+21，其中Q 就是在摩擦过程中产生的内能） 。 （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 物体之间机械能的转移；二是机械能转化为内能。转化为内能的数值等于 滑动摩擦力于相对位移的乘积，即相对s F Q f ?=。 例如：质量为1m 的木板A 静止在光滑的水平面上，A 的上表面动摩擦因数为u,质量2m 为物体B 左端以0v 水平冲上A 的上表面，当B 恰好到达A 的右端时二者相对静止。求:(1)该过程中摩擦力分别对A,B 和系统做的功;(2)系统产生的内能。（3）木板的长度l 。 解析：B 冲上A 以后，二者在水平方向均只受滑动摩擦力的作用,但由于不知道 位移，所以不能用s f W ?=直接求，只有用动能定理求解。故要先用动量定理 求解末速度v 。 （1）系统由动量定理可得：v m m v m )(2102+= 2 102m m v m v +=
静摩擦力做功情况剖析
静摩擦力做功情况剖析 两物体间出现静摩擦力作用时，两物体是相对静止的，但它们相对别的参考系可能是运动的，而且速度相同。静摩擦力是力学部分的难点之一，对静摩擦力的做功情况进行剖析，可以进一步深化对静摩擦力的理解。 1．静摩擦力是否做功？ 要回答这个问题，得从功的计算公式谈起。公式中的f就是要计算做功的那个力，s是受力物体的位移，它的大小、方向与参考系的选取有关，计算某力的功时均以地面或相对地面静止不动的物体为参考系。在具体问题中，若受力物体可以简化为质点，则位移就是质点的位移，若不能简化为质点，则位移就是力的作用点的位移。公式中的是位移方向与力的方向间的夹角。公式中力f、位移s、cosα，这三个量中只要有一个量取值为零，则功为零，即不做功。谈论静摩擦力是否做功，前提就是静摩擦力必须存在，接下来就是看s和cosα了，若s为零，即受静摩擦力作用的物体相对地面静止，静摩擦力的功就是零，即静摩擦力不做功。若s不为零，但α=90o，即静摩擦力与物体运动方向垂直时，静摩擦力也不做功。除此之外，静摩擦力的功不会为零，也就是说静摩擦力会做功。 比如我们用手指夹起钢笔，平衡掉重力使钢笔相对手指静止的力，就是手指对钢笔的静摩擦力，它的方向竖直向上，当钢笔在空中沿水平方向运动时，手指对钢笔的静摩擦力不做功；当钢笔在非
水平方向运动时，手指对钢笔的静摩擦力对钢笔做功。 在静摩擦力存在的前提下，它是否做功，关键是看s或cosα是否为零。 2．静摩擦力做正功还是做负功？ 在讨论了静摩擦力是否做功后，讨论这个问题就比较简单了。由公式可以看出，当静摩擦力方向与位移方向间的夹角小于90°，即α90°时，静摩擦力做负功。如上面所说的手指夹着钢笔在空中的运动，若向上运动，则静摩擦力的功是正功；如向下运动，则静摩擦力的功是负功。 静摩擦力做正功还是做负功，全在于静摩擦力的方向与位移方向间的夹角大小。 3．一对静摩擦力功的代数和是否为零？ 物体间力的作用是相互的，即作用力与反作用力，它们总是等值、反向、共线地分别作用于两物体，静摩擦力也不例外。那么，作为作用力和反作用力的一对静摩擦力，它们分别对对方做的功的代数和是否为零呢？由于静摩擦力的施力者与受力者相对静止，它们相对地面的位移相同，答案是肯定的，那就是作为作用力和反作用力的一对静摩擦力的功的代数和一定为零。 比如，将一个物体静置于水平地面，用水平拉力f去拉物体，物体仍静止不动，这时地面对物体及物体对地面的静摩擦力大小都是f，由于物体（质点）相对地面的位移是零，物体对地面的静摩擦
摩擦力做功和能量转化
2014届达濠华侨中学高三物理第一轮复习：摩擦力做功和能量转化 1. 光滑的水平面上有一质量为M=3m的长木板，质量为m的滑块静置于木板上，在F作用下滑块与木板一起向右运动的位移为s (1) 分析滑块、木板的受力情况；求摩擦力大小 (2) 摩擦力对滑块、木板分别做了多少功？ (3) 摩擦力对滑块与木板组成的系统做了多少功？ 2. 质量为M的长木板放在光滑的水平面上，一质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A 点滑到B点，在板上前进了l，而木板前进了x，如图所示，若滑块与木板间的动摩擦因数为μ，求： (1) 摩擦力分别对滑块、木板及滑块与木板组成的系统做的功； (2) 该过程滑块和木板的动能变化△E k1和△E k2分别为多少？系统的机械能的变化△E为多少？ (3) 系统产生的热量Q 3. 质量为m的滑块A置于长木板B的左端，长木板B质量为M，长为L，AB间的动摩擦因素为μ，现用一恒力作用于A上，使A运动至B右端，B的位移为s，水平面光滑。求： (1) 在这个过程中，摩擦力对A、对B，对系统分别做了多少功？ (2) 在此过程中，产生的热量是多少？ (3) A和B增加的机械能是多少？
4. 如图，质量为M 的足够长的木板，以速度0v 在光滑的水平面上向左运动，一质量为m （M 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013 v v =做匀速运动。若它们之间的动摩擦因数为μ。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？ （3）整个过程产生的热量有多少？ 5. 质量为m 的滑块以初速度gR v 30=滑上长木板的左端，长木板质量为2m ，木板长为l= 6.5R (R 是一常数)，AB 间的动摩擦因素为μ=0.5，水平面光滑。求： （1）运动过程中，A 是否会从B 上掉下来？ （2）C 是一固定的上表面光滑的平台，B 的右端与C 的左端距离L=1.5R ，物体与C 碰撞立即粘连在一起，求A 在整个运动过程中，克服摩擦力做了多少功？ 5155 图－－ C B