摩擦力做功问题浅析

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  摘要:摩擦力做功问题是学生学习的难点,特别是摩擦力是否可以做功、是否可以做正功、是否可以做负功等问题上往往判断不准,本文就这些问题进行粗略的说明。
  关键词:摩擦力做功;问题浅析;认真观察;用心思考
  中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2018)08-0028
  人教版物理必修一关于摩擦力是这样说明的:“两个相互接触的物体,当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时,就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力,这种力叫做摩擦力。”“两个物体之间只有相对运动的趋势,而没有相对运动,”“这时的摩擦力叫做静摩擦力。”“当一个物体在另一个物体表面滑动的时候,会受到另一个物体阻碍它滑动的力,这种力叫做滑动摩擦力。”
  关于功的定义,教材上是这样定义的:“力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力与位移夹角这三者的乘积。”即W=Flcosα。根据教材可知,当α=π/2时,cosα=0,W=0,力F不做功;当α<π/2时,cosα>0,W>0,力F做正功;当π/2<α≤π时,cosα<0,W<0,力F做负功。
  在我们日常生活中,有很多关于摩擦力做功的例子,比如擦黑板、扫地、拔河、洗脸等,下面我们利用传送带先探讨静摩擦力做功问题。
  1. 静摩擦力不做功情况
  如图1所示,物体放在静止的传送带上静止不动,由受力分析可知物体受到的摩擦力为静摩擦力,因物体没有发生位移,所以静摩擦力做功为零。
  2. 静摩擦力做正功情况
  如图2所示,物体放在传送带上和传送带一起向上匀速运动,由受力分析可知物体受到的摩擦力为静摩擦力,因物体受到的摩擦力方向和位移方向一致,所以静摩擦力做正功。
  3. 静摩擦力做负功情况
  如图3所示,物体放在传送带上和传送带一起向下匀速运动,由受力分析可知物体受到的摩擦力为静摩擦力,因物体受到的摩擦力方向和位移方向相反,所以静摩擦力做负功。
  接着我们再来探讨滑动摩擦力做功问题。
  4. 滑动摩擦力不做功情况
  如图4所示,物体放在传送带上因受到障碍物阻挡而保持静止,对物体进行受力分析可知,物体受到的摩擦力为滑动摩擦力,因物体没有发生位移,所以滑动摩擦力做功为零。
  5. 滑动摩擦力做正功情况
  如图5所示,將轻轻地物体放在传送带上,在摩擦力作用下随传送带向右运动,由受力分析可知物体受到的摩擦力为滑动摩擦力,因物体受到的摩擦力方向和位移方向一致,所以滑动摩擦力做正功。
  6. 滑动摩擦力做负功情况
  如图6所示,物体以一定初速度从左端冲上正在做逆时针转动的传送带上,受力分析可知物体受到的摩擦力为滑动摩擦力,因物体受到的摩擦力方向和位移方向相反,所以滑动摩擦力做负功。
  综上分析,静摩擦力或滑动摩擦力都存在不做功、做正功或做负功的情况,只要我们认真观察用心思考,就能在生活中发现许许多多这样的例子。
  (作者单位:河南省安阳市第二实验中学 456400)
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