安培力做功
安培力做功
情况一：有两种，通电后ab不运动，另一种是是ab运动。
在图1所示的装置中，平行金属导轨MN和PQ位于同一平面内、相距L，导轨左端接有电源E，另一导体棒ab垂直搁在两根金属导轨上，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感强度为B．若闭合开关S，导体棒ab将在安培力作用下由静止开始沿金属导轨向右加速运动，导体棒开始运动后，导体棒两端会产生感应电动势，随着导体棒速度逐渐增大，感应电动势也逐渐增大，从而使导体棒中的电流逐渐减小，导体棒所受的安培力也逐渐减小，若不考虑导体棒运动过程中所受的阻力，这一过程一直持续到导体棒中的电流减为零，即安培力也减为零时，导体棒的速度达到某一恒定的最大值v，此后导体棒将以速度v向右运动（设导轨足够长）．导体棒由静止开始加速，直到速度达到最大的过程中，无疑安培力对导体棒做了功，电能转化为机械能．这是一个“电动机”模型．对于这一过程，许多学生常常会发问：电流是大量电荷定向移动形成的，安培力是洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力的方向始终垂直于电荷的运动方向，所以洛伦兹力是不做功的，为什么安培力会做功呢？
为回答这一疑问，我们先讨论两个问题：第一，安培力是洛伦兹力的宏观表现，但是不是意味着安培力等于大量运动电荷所受洛伦兹力的合力？第二，从宏观上看，安培力对电流做了功，那么从微观角度看，对运动电荷做功的究竟是什么力？
为讨论方便起见，假设导体棒中定向移动的自由电荷为正电荷，并设每个电荷的带电量为q，并忽略自由电荷的热运动以及导体电阻的影响．则可认为导体棒中所有自由电荷均以同一速度u做定向移动，定向移动的方向就是电流方向设导体中的电流强度为I，则电流强度I与电荷定向移动速度u之间的关系为
I=nSqu，
式中S为导体棒的横截面积，n为导体棒单位体积内的自由电荷数，导体所受安培力大小为
F安=BIL=BnSquL，
在导体棒静止的情况下，每个自由电荷的运动速度都等于自由电荷定向移动的速度u，每个自由电荷受到的洛伦兹力为f=quB．导体棒内自由电荷的总数N为N= nLS．这些自由电荷所受洛伦兹力的合力为f合= Nf =nLSquB，故得F安=f．并且都不做功。
当导体捧以速度v向右运动时，自由电荷的实际运动速度为导体棒的运动速度v和电荷定向移动速度u的合速度v合，洛伦兹力f的方向垂直于v合，如图2所示．将f分解为两个力f1和f2，其f1由自由电荷的定向移动速度u的原因所产生；f2是由导体捧运动速度v的原因所产生不难看出，安培力是大量运动电荷所受洛伦兹
力的宏观表现，其大小只等于所有自由电荷所受洛伦兹力的合力即f1的总和．其实是电场力和两个洛伦兹力的分力一起作用的效果，电场力做正功和分力f1的负功相抵消，而分力f2做的功就是宏观看到的安培力做正功。
根据上述分析可知，在通电导体棒静止的情况下，导体棒所受的安培力才等于导体内所有运动电荷所受洛伦兹力的矢量和，这时安培力和洛伦兹力均不做功；但在通电导体棒运动的情况下，安培力不等于洛伦兹力的矢量和，安培力做功与洛伦兹力不做功并不矛盾．
那么宏观上安培力做功时，从微观角度来看是什么力对运动电荷做功呢？在图1所示的装置中，当导体棒在安培力作用下运动时，ab两端会产生感应电动势，导体内将建立感应电场，运动电荷同时会受到感应电场的作用力f电，如图3所示．图中f2是洛伦兹力的一个分力，
是由于导体运动而产生的，大小为f2=qBv。在电流恒定的情况下（缓慢变化的电流也可以视为恒定），f电与f2相平衡，所以
f电= f2=qBv，
由于f电的方向与电荷定向移动速度u的方向一致，所以f电对运动的电荷做正功，其功率为
P′电 = f电u=qBvu，
导体内所有运动电荷所受电场力的总功率为
P电=NP′电=nLSqBvu，
另一方面，安培力对导体棒做功的功率为
P安=F安v=BLIv=BLnSquv，
所以有P电=P安．
上式说明，宏观上安培力对电流做功，而微观上则是电场力对运动电荷做功．从能量转化的角度看，安培力做功时，电能转化成机械能，而消耗电能正是电场力做功的必然结果．
情况二：图1装置中，如果将电源E换成一个电阻R，则就变成了一个“发电机”模型，如图4所示．开关S闭合后，如果导体棒ab在一个向右的外力F作用下向右运动，电路中就会产生电流，导体中的电流方向为b→a，安培力方向向左，这时导体克服安培力做功．另一方面感应电动势仍是a端为正b端为负．运动电荷所受感应电场力的方向是a→b，所以感应电场力对运动电荷做负功，也即运动电荷克服感
应电场力做功同样的方法可以证明，安培力的功率等于电场力的功率．所以宏观上电流克服安培力做功时，微观上则是运动电荷克服电场力做功．转化成电能，总体就是外力F做功一部分转化成电能一部分转化成ab的动能。还有个要点就是克服安培力做的功就是转化的电能即负载消耗的电能。安培力做的负功的绝对值=负载消耗的电能。
综上所述，可以得出如下结论，宏观上安培力对电流做功时，微观上则是电场力对运动电荷做功．当安培力对电流做正功时，电能转化为机械能当电流克服安培力做功时，机械能转化为电能．
实际上安培力就是洛伦兹力的的一个分力或者等于洛伦兹力。在能量转化的时候安培力也没有做功，因为两个分力的和力即洛伦兹力不做功，只是感应电动势对电荷的电场力做的功正好与充当安培力的那个分力做的功相等，所以我们就说成是安培力做功。由于电场力做功所以是机械能和电能之间的转化，因此我们也说安培力做功是机械能和电能之间的转化
安培力做功及其引起的能量转化
安培力做功与的能量转化 胡新民 2015/1/26 一、 安培力做正功 如图，光滑水平导轨电阻不计，左端接有电源，处于竖直向下 的匀强磁场中，金属棒mn 的电阻为R ，放在导轨上开关S 闭 合后，金属棒将向右运动。 安培力做功情况：金属棒mn 所受安培力是变力，安培力做正 功，由动能定理有 K E W ?=安 ① ①式表明，安培力做功的结果引起金属棒mn 的机械能增加 能量转化情况：对金属棒mn 、导轨、和电源组成的系统，电源的电能转化为金属棒的动能和内能，由能量的转化和守恒定律有 Q E E K +?=电 ② 由①②两式得 Q E W -电安= ③ ③式表明，计算安培力做功还可以通过能量转化的方法。 二、 安培力做负功 如图所示，光滑水平导轨电阻不计，处于竖直向下的匀强 磁场中，金属棒ab 的电阻为R ，以速度v 0向右运动， 安培力做功情况：金属棒所受的安培力是变力，安培力对 金属棒做负功，由动能定理有棒克服安培力做的功等于减 少的动能 即K E W ?=-安 ① ①式表明，安培力做功的结果引起金属棒的机械能减少。 能量转化的情况：金属棒ab 的动能转化为电能，由能量的转化和守恒定律有 K E E ?=-电 ② 金属棒ab 相当于电源，产生的电能又转化为内能向外释放 Q E =电 ③ 由①②③得 Q W =安 ④ ④式说明，安培力做负功时，克服安培力做的功等于产生的内能。这也是计算安培力做功的方法。 三、 一对安培力做功 如图所示，光滑导轨电阻不计，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒mn 电阻为R1，放在 导轨上，金属棒ab 电阻R2，以初速度0v 向右运动。安培力对金属棒ab 做负功，对mn 做
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－－
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
安培力做功
安培力做功 情况一：有两种，通电后ab不运动，另一种是是ab运动。 在图1所示的装置中，平行金属导轨MN和PQ位于同一平面内、相距L，导轨左端接有电源E，另一导体棒ab垂直搁在两根金属导轨上，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，磁感强度为B．若闭合开关S，导体棒ab将在安培力作用下由静止开始沿金属导轨向右加速运动，导体棒开始运动后，导体棒两端会产生感应电动势，随着导体棒速度逐渐增大，感应电动势也逐渐增大，从而使导体棒中的电流逐渐减小，导体棒所受的安培力也逐渐减小，若不考虑导体棒运动过程中所受的阻力，这一过程一直持续到导体棒中的电流减为零，即安培力也减为零时，导体棒的速度达到某一恒定的最大值v，此后导体棒将以速度v向右运动（设导轨足够长）．导体棒由静止开始加速，直到速度达到最大的过程中，无疑安培力对导体棒做了功，电能转化为机械能．这是一个“电动机”模型．对于这一过程，许多学生常常会发问：电流是大量电荷定向移动形成的，安培力是洛伦兹力的宏观表现，而洛伦兹力的方向始终垂直于电荷的运动方向，所以洛伦兹力是不做功的，为什么安培力会做功呢？ 为回答这一疑问，我们先讨论两个问题：第一，安培力是洛伦兹力的宏观表现，但是不是意味着安培力等于大量运动电荷所受洛伦兹力的合力？第二，从宏观上看，安培力对电流做了功，那么从微观角度看，对运动电荷做功的究竟是什么力？ 为讨论方便起见，假设导体棒中定向移动的自由电荷为正电荷，并设每个电荷的带电量为q，并忽略自由电荷的热运动以及导体电阻的影响．则可认为导体棒中所有自由电荷均以同一速度u做定向移动，定向移动的方向就是电流方向设导体中的电流强度为I，则电流强度I与电荷定向移动速度u之间的关系为 I=nSqu，
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
安培力做功及其引起的能量转化
安培力做功及其引起的能 量转化 Prepared on 22 November 2020
安培力做功及其引起的能量转化 1、安培力做正功 如图，光滑水平导轨电阻不计，左端接有电源，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒mn 的电阻为R ，放在导轨上开关S 闭合后，金属棒将向右运动。 安培力做功情况：金属棒mn 所受安培力是变力，安培力做正功，由动能定理有 k E ?＝安W ① ①式表明，安培力做功的结果引起金属棒mn 的机械能增加 能量转化情况：对金属棒mn 、导轨、和电源组成的系统，电源的电能转化为金属棒的动能和内能，由能量的转化和守恒定律有 Q E k ＋＝电?E ② 由①②两式得 Q E W －＝电安③ ③式表明，计算安培力做功还可以通过能量转化的方法。 2、安培力做负功 如图所示，光滑水平导轨电阻不计，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab 的电阻为R ，以速度0v 向右运动，
安培力做功情况：金属棒所受的安培力是变力，安培力对金属棒做负功，由动能定理有 k E ?-＝安W ① ①式表明，安培力做功的结果引起金属棒的机械能减少。 能量转化的情况：对金属棒ab 和导轨组成的系统，金属棒ab 的动能转化为电能，由能量的转化和守恒定律有 k E ?＝电E ② 金属棒ab 相当于电源，产生的电能转化为内能向外释放 Q ＝电E ③ 由①②③得 Q W -＝安④ ④式说明，安培力做负功时，所做的负功等于系统释放出的内能。这也是计算安培力做功的方法。 3、一对安培力做功 如图所示，光滑导轨电阻不计，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒mn 电阻为R1，放在导轨上，金属棒ab 电阻R2，以初速度0v 向右运动。安培力对金属棒ab 做负功，对mn 做正功，由动能定理，有 k ab 1E ?-＝安W ① k mn 2E ?＝安W ②
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
关于安培力做功的情况探讨
关于安培力做功的情况探讨 当电流方向与磁场方向不平行时，通电导体要受到磁场力的作用，即安培力作用。若通电导体在安培力的作用下运动，则安培力对导体要做功。大家知道：导线所受的安培力是洛伦兹力的宏观表现，那么如何理解洛伦兹力总不做功而安培力可以做功呢？安培力做功情况到底怎样？ 一、安培力做功的微观本质。6ecbdd6ec859d284dc13885a37ce8d81 1、安培力的微观本质。8efb100a295c0c690931222ff4467bb8 。496e05ezhucewuli《关于安培力做功的情况探讨》@ Copyright of 晋江原创网@设有一段长度为L、矩形截面积为S的通电导体，单位体积中含有的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为q，定向移动的平均速率为v，如图1所示。。5737034557ef5b8c02c0e46513b9 所加外磁场B的方向垂直纸面向里，电流方向沿导体水平向右，这个电流是由于自由电子水平向左定向运动形成的，外加磁场对形成电流的运动电荷（自由电子）的洛伦兹力使自由电子横向偏转，在导体两侧分别聚集正、负电荷，产生霍尔效应，出现了霍尔电势差，即在导体内部出现方向竖直向上的横向电场。因而对在该电场中运动的电子有电场力fe的作用，反之自由电子对横向电场也有反作用力-fe作用。场强和电势差随着导体两侧聚集正、负电荷的增多而增大，横向电场对自由电子的电场力fe也随之增大。当对自由电子的横向电场力fe增大到与洛伦兹力fL相平衡时，自由电子没有横向位移，只沿纵向运动。导体内还有静止不动的正电荷，不受洛伦兹力的作用，但它要受到横向电场的电场力fH的作用，因而对横向电场也有一个反作用力-fH。由于正电荷与自由电子的电量相等，故正电荷对横向电场的反作用-fH和自由电子对横向电场的反作用力-fe相互抵消，此时洛伦兹力fL与横向电场力fH相等。正电荷是导体晶格骨架正离子，它是导体的主要部分，整个导体所受的安培力正是横向电场作用在导体内所有正电荷的力的宏观表现，即F=(nLS)fH=(nLS)fL。。ef0d3930a7b6c9 由此可见，安培力的微观本质应是正电荷所受的横向电场力，而正电荷所受的横向电场力正是通过外磁场对自由电子有洛伦兹力出现霍尔效应而实现的。。97e8527feaf77a97fc38f34216 2、安培力做功的微观本质。cb70ab375662576bd1ac5aaf16b3fca4 当导体在安培力的作用下以速度vd从位置1变到位置2微小一段位移时，导体切割磁感线而产生纵向电场，正电荷没有纵向运动，只有横向运动，因而受到瞬间的洛伦兹力f洛和纵向电场力f2不做功。正电荷所受横向电场力fH做正功。但自由电子既有横向位移又有纵向位移，受到横向洛伦兹力fd和纵向洛伦兹力fm，这两个力的合洛伦兹力为fL，与v和vd的合速度v合方向垂直，还受到纵向电场力f1。。812b4ba287zhucewuli《关于安培力做功的情况探讨》@ Copyright of 晋江原创网@ 沿纵向对自由电子做功功率：。3dd48ab31d016ffcbf3314df2b3cb9ce 沿横向对自由电子做功功率：。0e65972dce68dad4d52d063967f0a705 对自由电子做功的总功率：。e2230b853516e7b05d79744fbd4c9c13 所以洛伦兹力对自由电子不做功。fe对电子做负功，f1对电子正功，由于fe=fd和f1=fm，所以这两个力对电子做的总功也为零。。10a5ab2db37feedfdeaab192ead4ac0e 综上所述，安培力对通电导体做功的微观本质是由于横向电场对正电荷的电场力做正功的宏观表现，但这一宏观表现，必须通过洛伦兹力来实现。。a666587afda6e89aec274a3657558a27 二、安培力做功与路径的关系。8e82ab7243b7c66d768f1b8ce1c967eb 如图4所示，在竖直平面内，固定着框架abMN，ab之间是直流电源，导体棒cd可在
电磁感应中的安培力做功分析
1电磁感应中的安培力做功分析 黄书鹏 漳州第一中学福建漳州 363000 内容摘要：分析了安培力和摩擦力的共性和个性，指出用滑动摩擦力作为电磁感应中的安培力的物理模型分析和处理有关电磁感应中金属棒导轨问题可达到事半功倍的效果,并以此为物理模型，分析了电磁感应中安培力做的功。 关键词：电磁摩擦力安培力做功物理模型导电滑轨棒 有人将电磁感应中的楞次定律称为电磁场的惯性定律，意在强调定律指出电磁感应现象中，感应电流产生的效果总要阻碍引起感应电流的原因。就象牛顿力学中的惯性定律，揭示了物体总具有反抗外界作用的性质。 进一步研究发现，电磁感应现象中,平行导电滑轨棒产生的安培力与力学中出现的滑动摩擦力有很多相似之处。它们具有相似的物理性质，相同的物理模型。从这个意义上讲，可以将电磁感应中的安培力称为电磁摩擦力。 1。物理模型 同属被动力。滑动摩擦力是由于物体间发生相对运动，要阻碍这种运动而1刊于《物理教学》
产生的。电磁感应中安培力是由于发生电磁感应，回路中出现的感应电流要阻碍原磁通的变化而产生的。 同属耗散力。做功与路径有关。它们做的功等于系统内能的增量，与系统产生的热量等价。因此计算时用能量知识处理较方便。 同属系统能量转化的力。滑动摩擦力可做正功可做负功，在一系统中摩擦力做的总功使系统机械能转化为内能。安培力同样可做正功和负功，通过安培力做功产生焦耳楞次热，使系统机械能转化为系统内能。 区别点在于，摩擦力是系统内力，不影响系统动量。安培力是外磁场对系统作用力属外力，只在安培力合力为零时才能应用动量守恒 2．电磁感应中安培力做功与电路焦耳楞次热。要深刻认识安培力做功，应深入探讨其产生机理。按微观电子论，安培力的微观机理是运动电荷在外磁场中受洛仑兹力作用的宏观表现。在导体棒切割磁感线产生动生电动势过程，金属导体中自由电子随导体作切割运动具有横向速度v，在外磁场中受洛仑兹力作用，产生另一纵向速度u，使电子与导体中晶格发生碰撞，将动能传递给晶格，使晶格热运动加剧温度升高，导致导体内能增大。在这里，洛仑兹力的一个分力Bqv对电子做正功使其获得速度u，另一分力Bqu对电子做负功，消耗外界能量，产生宏观安培力。可见安培力做功的过程，实质上就是洛仑兹力做功将能量转移给导体的过程（尽管洛仑兹力对运动电荷不做功，但其分力可做功，可以证明上述两分力的总功为零）①。它扮演着传递或转移能量的角色。 从宏观能量讲，电磁感应中要消耗外界能量（如机械能）产生感应电流，
例析安培力做功的三种情况
例析安培力做功的三种情况 周志文 （湖北省罗田县第一中学 438600） 安培力做功的问题是学生在学习《电磁感应》这一章当中感觉到最难的知识点，因为同学往往弄不清安培力做功、焦耳热、机械能、电能之间的转化关系，但它又是高考命题的热点题型。因此本文通过建立物理模型，分析安培力做功的本质，用实例来帮助学生理解安培力做功的三种情况，希望对同学们有所帮助。 一、安培力做正功 1．模型：如图，光滑水平导轨电阻不计，左端接有电源，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒mn 的电阻为R ，放在导轨上开关S 闭合后，金属棒将向右运动。 安培力做功情况：金属棒mn 所受安培力是变力，安培力做正 功，由动能定理有 k E ?＝安W ① ①式表明，安培力做功的结果引起金属棒mn 的机械能增加 能量转化情况：对金属棒mn 、导轨、和电源组成的系统，电源的电能转化为金属棒的动能和内能，由能量的转化和守恒定律有：Q E k ＋＝电?E ② 由①②两式得：Q E W －＝电安 ③ ③式表明，计算安培力做功还可以通过能量转化的方法。 2.安培力做正功的实质 如图所示，我们取导体中的一个电子进行分析，电子形成电 流的速度为u ，在该速度下，电子受到洛仑兹力大小euB F u =， 方向与u 垂直，水平向左；导体在安培力作用下向左运动，电子 随导体一同运动而具有速度v ，电子又受到一个洛仑兹力作用 evB F v =，方向与v 垂直，竖直向上。其中u F 是形成宏观安培力 的微观洛仑力。这两个洛仑兹力均与其速度方向垂直，所以，它 们均不做功。 但另一方面，v F 与电场力F 方向相反，电场力在电流流动过程中对电子做了正功，v F 在客观上克服了电场力F 做了负功，阻碍了电子的运动，把电场能转化为电子的能量，再通
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
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
安培力做功的本质
安培力做功的本质 姜付锦 （湖北省武汉市黄陂区第一中学 430030） 电磁感应现象的本质是通过安培力做功实现机械能与电能的转化。在转化的过程中，功既是桥梁也是量度。在平时的教学中，教师着重强调电磁感应现象的宏观效果，而忽略了它的微观解释。下面笔者从宏观和微观两个角度来分析这一现象。 一．建立模型 如图所示，宽为L 的光滑导轨， 一端接一电阻R ，另一端放一个导棒。导棒 的质量为m 。匀强磁场B 垂直导轨面向下。 现给导棒一个初速度V 0 二．规律分析 1、 宏观角度 ①受力分析 导棒的切割运动产生一个电动势，在电路中形成电流。使导棒在运动时受到一 个安培力作用。 ②运动分析 设导棒在某一时刻的速度为V ，则产生电动势的大小为E=BLV 。电路中的电流R BLV I =，导棒受安培力为R V L B BIL F 22==，安培力向左阻碍运动，最终导棒会静止。 ③规律分析 1．棒加速度mR V L B m F a 22-=-=，根据dt dV a =，所以有dt dV m R V L B =-22整理后得到dt mR L B V dV 22-=，两边不定积分后有t mR L B ce V 22-=，由于开始时，棒速度为V 0，所以上式中的常数为V 0，即t mR L B e V V 2 20-=。 2．设棒的位移为S ，则有动量定理∑=?=?022mV t R V L B P ，所以位移2 20L B R m V S = 3、设棒中通过的电量q ，则有动量定理∑==?0mV BIL P ，所以电量 BL m V q 0= 4．电路中产生的热量2 20mV E Q K =?= m L
安培力做功及其引起的能量转化
安培力做功及其引起的能量转化 1、 安培力做正功 如图，光滑水平导轨电阻不计，左端接有电源，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒mn 的电阻为R ，放在导轨上开关S 闭合后，金属棒将向右运动。 安培力做功情况：金属棒mn 所受安培力是变力，安培力做正功，由动能定理有 k E ?＝安W ① ①式表明，安培力做功的结果引起金属棒mn 的机械能增加 能量转化情况：对金属棒mn 、导轨、和电源组成的系统，电源的电能转化为金属棒的动能和内能，由能量的转化和守恒定律有 Q E k ＋＝电?E ② 由①②两式得 Q E W －＝电安 ③ ③式表明，计算安培力做功还可以通过能量转化的方法。 2、 安培力做负功 如图所示，光滑水平导轨电阻不计，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒ab 的电阻为R ，以速度0v 向右运动， 安培力做功情况：金属棒所受的安培力是变力，安培力对金属棒做负功，由动能定理有 k E ?-＝安W ① ①式表明，安培力做功的结果引起金属棒的机械能减少。 能量转化的情况：对金属棒ab 和导轨组成的系统，金属棒ab 的动能转化为电能，由能量的转化和守恒定律有 k E ?＝电E ② 金属棒ab 相当于电源，产生的电能转化为内能向外释放 Q ＝电E ③ 由①②③得 Q W -＝安 ④ ④式说明，安培力做负功时，所做的负功等于系统释放出的内能。这也是计算安培力做功的方法。 3、 一对安培力做功 如图所示，光滑导轨电阻不计，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒mn 电阻为R1，放在
导轨上，金属棒ab 电阻R2，以初速度0v 向右运动。安培力对金属棒ab 做负功，对mn 做正功，由动能定理，有 k ab 1E ?-＝安W ① k mn 2E ?＝安W ② ①、②两式表明，安培力做功使金属棒ab 机械能减少，使金属棒mn 机械能增加。 对金属棒ab 、mn 、导轨组成的系统，金属棒ab 减少的动能转化为金属棒mn 的动能和回路的电能，回路的电能又转化为内能，由能量转化和守恒有 电E E E kmn kab +?=? ③ Q ＝电E ④ 由四式联立得 Q W W -=21安安＋ ⑤ ⑤式说明，一对安培力做功的和等于系统对外释放的内能。 典型例题： 例1、如图，光滑水平导轨电阻不计，左端接有电源，处于竖直向下的匀强磁场中，金属棒mn 的电阻为R ，放在导轨上开关S 闭合后，将会发生的现象是（ ） A 、 ab 中的感应电动势先增大而后保持恒定 B 、 ab 的加速度不断变小，直至为零 C 、 电源消耗的电能全部转化为ab 的动能 D 、 ab 的速度先增大而后保持恒定，这时电源的输出功率为零。 例2、如图5所示，水平放置的光滑平行金属导轨，相距L ＝0.1m ， 导轨距地面高度h ＝0.8m ，导轨一端与电源相连，另一端放有质量m ＝3×10-3kg 的金属棒，磁感强度B ＝0.5T ，方向竖直向上，接通电 源后，金属棒无转动地飞离导轨，落地点的水平距离s ＝1.0m ．求： （1）电路接通后，通过金属棒的电量q ． （2）若ε＝6V ，电源内阻及导轨电阻不计，求金属棒产生的热量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 +=
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
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－－
专题 做功和能量的转化
专题做功和能量的转化 知识点回顾 力和运动的相互关系是贯穿高中的一条主线，它要求用物体受力与运动方式总是相互联系的观点处理物理问题。能量则是贯穿高中的另一条主线，因为透过物体形形色色的运动方式，每一种运动形式的本质都是其对应的能量转化，而在转化过程中一定符合能量守恒。因此从能量的观点，利用功能关系或能量转化与守恒的方法处理问题问题，也能使物理问题变得方便、简洁。 知识点讲解 题型一：处理变加速运动 高中物理常见的功与能量的转化 由于利用功能关系处理问题时，不一定要考虑物体运动的具体细节，只要搞清物体运动过程中参与做功的力、各力做功的位移及做功的正负，另外搞清有多少类型的能量发生了转化，因此，利用能量关系在处理诸如变加速运动、曲线运动等物理问题时，优势更显突出。
【例1】如图所示，在竖直平面内有一个半径为R 且光滑的四分之一圆弧轨道AB ，轨道下端B 与水平面BCD 相切，BC 部分光滑且长度大于R ，C 点右边粗糙程度均匀且足够长。现用手捏住一根长也为R 、质量为m 的柔软匀质细绳的上端，使绳子的下端与A 点等高，然后由静止释放绳子，让绳子沿轨道下滑。重力加速度为g 。求： （1）绳子前端到达C 点时的速度大小； （2）若绳子与粗糙平面间的动摩擦因数为μ（μ<1），绳子前段在过C 点后，滑行一段距离后停下，求这段距离。 【难度】★★★ 【答案】（12） 322R R μ + 【解析】绳子由释放到前段C 点过程中，由机械能守恒得：22 1)5.0(c mv R R mg =+ 解得：gR v c 3= （2）绳子前段在过C 点后，滑行一段距离停下来，设这段距离为s ，因可能s ≤R ，也可能s >R ，故要对上述可能的两种情况进行分类讨论。 ①设绳子停下时，s ≤R 绳子前端滑过C 点后，其受到的摩擦力均匀增大，其平均值为12s mg R μ，由动能定理得， 2 11022 c s mg s mv R μ-?=-，把gR v c 3=代入上式解得：s =。 因为μ<1，得s >，与条件s ≤R 矛盾，故设绳子停下时s ≤R 不成立，即绳子停下时只能满足s >R ②设绳子停下时，s >R 所以绳子前端滑过C 点后，其摩擦力先均匀增大，其平均值为1 2mg μ，前端滑行R 后摩擦力不变， 其值为μmg ，由动能定理得：2 11()022 c mg R mg s R mv μμ-?--=-，把gR v c 3=代入上式解得： 322R R s μ=+