专题突破(五) 摩擦力做功问题
摩擦力做功是本章的一个难点,摩擦力有滑动摩擦力、静摩擦力之分,做功又与路径相关,因此在不同的运动过程中,摩擦力的大小,做功的正负都有可能发生变化,因此需要清晰的分析不同的运动过程中摩擦力的变化,再利用求功公式、功能原理等列式求解.
摩擦力做功的特点
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静摩擦力
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滑动摩擦力
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对单个物体做功
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既可以做正功、也可以做负功,还可以不做功
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既可以做正功、也可以做负功,还可以不做功
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能量的转化
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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内能
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相互摩擦的物体通过滑动摩擦力做功,将部分机械能从一个物体转移到另一个物体,同时有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
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一对相互作用的摩擦力做的总功
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一对相互作用的静摩擦力所做功的代数和等于零
要么一正一负,要么都不做功
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一对相互作用的滑动摩擦力对物体系统所做的总功是负值,等于摩擦力与相对路程的乘积,即Wf=-Ff·s相,说明物体克服摩擦力做功,系统损失的机械能转变成内能
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例1水平传送带由静止启动时,带动传送带上的物体一起开始运动,物体的质量m=2 kg.如图是传送带和物体启动过程的速度图象,v0=8 m/s,t1=1.2 s,t2=2.0 s,重力加速度为g=10 m/s2.根据图象上的信息求:
(1)物体与传送带间的动摩擦因数μ;
(2)由启动到稳定运动,物体在传送带上留下的痕迹长度Δs;
(3)启动过程物体与传送带摩擦产生的热量Q.
【解析】(1)由物体运动图象求出物体运动加速度a:
a==4 m/s2①
根据牛二定律:F=μmg=ma,a=μg②
由①②两式:μ=0.4③
(2)由图象上的“面积”分别计算启动到以共同速度运动,传送带位移s1和物体位移s2
s1=v0(2t2-t1)=11.2 m④
s2=v0t2=8.0 m⑤
由④⑤得到:Δs=s2-s1=3.2 m⑥
(3)摩擦产生的热量Q数值上等于摩擦力与相对路程的乘积
Q=μmgΔs⑧
得到:Q=25.6 J⑨
【归纳总结】1.一对静摩擦力对系统不做功:只发生能量的转移,不发生能量的转化;方式——一正一负或均为零;
2.一对滑动摩擦力对系统做负功:能量既发生转移,又发生转化;方式——一正一负(且正功小于负功)或一零一负或均为负.
例2子弹以动能Ek1水平射穿放在光滑水平面上的木块后动能变为Ek2,木块对子弹的平均阻力为f,木块获得的动能为Ek,则下列说法正确的是( )
A.Ek=Ek1-Ek2
B.子弹和木块在相互作用过程中动能转化成内能的量为Ek1-(Ek2+Ek)
C.子弹射穿木块的过程中,木块前进的距离为
D.子弹射穿木块的过程中,子弹前进的距离为