摩擦力做正功生热吗 [摩擦力一定做负功吗]
时间：2018-12-28 03:28:44 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摩擦力做功问题是中学物理中的一个重难点，也是一个易错点。在日常生活中，摩擦力常起着阻碍物体运动的作用，因此人们容易误认为摩擦力一定做负功，显然，这种观点是片面的、错误的，下面笔者就此加以探析。
判断摩擦力的做功情况有两种方法：一是从功的定义入手，先分析摩擦力的方向与物体运动方向的关系，即确定公式W=FScosα中α的取值，从而确定摩擦力的做功情况,这种方法称为“定义法”；二是从功的正负的含义入手，根据研究对象的运动情况，反推必须具备的条件，分析其中摩擦力所起的作用，即确定摩擦力是动力还是阻力，就很容易判断出摩擦力的做功情况，这种方法称为“反推法”。下面就按滑动摩擦力和静摩擦力两种情况进行探讨：
1.滑动摩擦力的做功情况
关于滑动摩擦力的方向，高中物理教材中表述如下：滑动摩擦力的方向总跟接触面相切，并且跟物体的相对运动的方向相反。注意不是与物体运动方向相反，实际上滑动摩擦力的方向既可能与物体运动方向相反，也可能与物体运动方向相同，因此滑动摩擦力既可能做负功，也可能做正功，还可能不做功。
例1：如图所示为车站使用的水平传送带的模型，用于对旅客的行李进行安全检查。现有一个旅行包（视为质点）以速度v=3m/s的初速度水平地滑上水平传送带，试讨论下列情况中滑动摩擦力对旅行包的做功情况：
（1）传送带静止。
（2）传送带以v=1m/s的速度匀速向右运动。
（3）传送带以v=6m/s的速度匀速向右运动。
解析：
方法一：定义法
（1）传送带静止时，旅行包相对于传送带向右运动，因而传送带对旅行包的滑动摩擦力方向向左，而旅行包向右运动，两者方向相反，所以滑动摩擦力对旅行包做负功。
（2）传送带以v=1m/s的速度匀速向右运动时，两者相对静止前，旅行包相对于传送带仍向右运动，因而传送带对旅行包的滑动摩擦力方向向左，而旅行包向右运动，两者方向相反，所以滑动摩擦力对旅行包做负功。
（3）传送带以v=6m/s的速度匀速向右运动时，两者相对静止前，旅行包相对于传送带向左运动，因而传送带对旅行包的滑动摩擦力方向向右，又旅行包向右运动，两者方向相同，所以滑动摩擦力对旅行包做正功。
方法二：反推法
（1）传送带静止时，旅行包在摩擦力作用下速度逐渐减小，因此滑动摩擦力为阻力，做负功。
（2）传送带以v=1m/s的速度匀速向右运动时，旅行包在摩擦力作用下速度逐渐减小，直至旅行包的速度为1m/s时两者相对静止，因此滑动摩擦力为阻力，做负功。
（3）传送带以v=6m/s的速度匀速向右运动时，旅行包在摩擦力作用下速度逐渐增大，直至旅行包的速度为6m/s时两者相对静止，因此滑动摩擦力为动力，做正功。
另外，传送带静止时，旅行包对传送带有向右的摩擦力作用，但传送带静止，位移为零，所以滑动摩擦力对传送带不做功。
2.静摩擦力的做功情况
关于静摩擦力的方向，高中物理教材中表述如下：静摩擦力的方向总跟接触面相切，并且跟物体相对运动趋势的方向相反。相对运动趋势不如相对运动直观，具有很强的隐蔽性，所以静摩擦力的方向判断较困难，常用方法有“假设法”和“反推法”，复杂问题还要结合牛顿第二定律判断。
例2：测定运动员体能的一种装置如图所示，运动员的质量为M，绳拴在腰间沿水平方向跨过滑轮（不计滑轮摩擦和质量），绳的另一端悬吊的重物质量为ｍ，人用力向后蹬传送带而人的重心不动，传送带以速度ｖ向后匀速运动（速度大小可调），最后可用v的值作为被测运动员的体能参数。试讨论人对传送带及传送带对人的摩擦力做功情况。
解析：
方法一：定义法
运动员与传送带间的摩擦力为静摩擦力，假设传送带光滑，运动员相对于传送带向右运动，所以运动员相对于传送带有向右运动的趋势，故传送带对运动员的摩擦力方向向左，而运动员的重心不动，位移为零，所以传送带对运动员的摩擦力不做功；由牛顿第三定律可知，运动员对传送带的摩擦力方向向右，传送带向右运动，两者方向相同，所以运动员对传送带的摩擦力做正功。
方法二：反推法
传送带是在运动员对它的摩擦力作用下运动的，因此静摩擦力为动力，做正功。运动员的重心不动，所以传送带对运动员的摩擦力不做功。
例3：传送带被广泛地应用于机场、火车站和码头，图示为码头使用的倾斜传送带的模型，一质量为m的货物在倾角为θ的传送带上随传送带一起向上或向下作加速运动，加速度大小为a，试分析两种情况下静摩擦力做功情况。
解析：
（1）当货物加速向上运动时，取沿传送皮带向上为正方向，对货物由牛顿第二定律得：f-mgsinθ=ma，则f=mgsinθ+ma＞0，故货物所受静摩擦力的方向沿传送带向上，与货物运动方向相同，故静摩擦力做正功。此问用“反推法”更简便，货物是在传送带对它的摩擦力作用下向上加速运动的，因此静摩擦力为动力，做正功。
（2）当货物加速向下运动时，取沿传送带向下为正方向，设货物所受摩擦力方向与正方向相同，对货物由牛顿第二定律得：mgsinθ+f=ma，则f=ma-mgsinθ。
①当a＞gsinθ时，f＞0，则货物所受摩擦力的方向与正方向一致，即沿传送带向下，与物体运动方向相同，故静摩擦力做正功。
②当a=gsinθ时，f=0。
③当a＜gsinθ时，f＜0，则货物所受摩擦力的方向与正方向相反，即沿传送带向上，而货物向下运动，故静摩擦力做负功。
综上所述，无论是滑动摩擦力，还是静摩擦力，都可能做正功，可能做负功，也可能不做功。笔者在教学过程中还采用类比法分析摩擦力做功问题，即用人与人之间的“摩擦”类比物理学中的摩擦力。教师提出问题：在日常生活中人与人之间的摩擦是不是一定做“负功”呢？学生在小学时就已经懂得人与人之间的摩擦有时使两人间产生隔阂，有时却能增进两人的友谊。这样学生很容易理解摩擦力既可做负功，也可做正功。
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