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【摘 要】在高中物理教学中,摩擦力做功属于教学的重点和难点,也是高考的热点.摩擦力总是以成对的形式出现,学习中,很多学生碰到实际问题常常对摩擦力做功感到困惑,所以教学时教师要重视这部分的讲解.本文主要从高中物理教学的角度论述摩擦力做功的问题,希望对高中物理教学有一定借鉴意义.
【关 键 词】物理教学；教师；摩擦力做功
学生学习高中物理中的力学时,常常反映摩擦力部分比较难学,尤其是静摩擦力掌握起来更加困难.要想清楚摩擦力做功的问题,就要明确摩擦力做功特点以及力对物体做功问题的常规求解方法.在两个互相接触、接触面粗糙、有弹力作用并且相互运动的物体之间会产生摩擦力.当一个物体受到滑动摩擦力时,其方向和另一物体相对运动的方向是相反的,受静摩擦力时的方向和另一个物体相对运动趋势的方向也是相反的.滑动摩擦力的大小可以根据公式f等于N计算,静摩擦力大小和物体所受的力以及物体当时的运动情形有关,然后再通过牛顿第二定律进行解答.
探究摩擦力对一物体的做功,不仅需要明确摩擦力的方向和大小,还需要明确在摩擦力作用下物体发生的位移.确定物体位移时要先把参照系确定好,高中物理中常常以地面为参照物.明确力F、位移S以及它们的夹角θ,就很容易求出摩擦力的做功了.
一、摩擦力做功特点
滑动摩擦力及静摩擦力都可以做正功或负功,也可以不做功,像皮带传送中,静摩擦力就会对物体做正功,而对皮带就没有做功.静摩擦力做功时,仅仅是机械能在相互转化,这时的静摩擦力主要是在传递机械能,机械能并没有转化成别种形式的能.滑动摩擦力在做功时,不仅机械能之间在相互转化,而且机械能和别种形式的能也在相互转化.在相互作用系统中,一对静摩擦力在做功时的代数和是零.在相互摩擦系统中,一对滑动摩擦力做的功都是负值,绝对值等于相对位移和滑动摩擦力的乘积,也就是系统所耗损的机械能.
二、高中物理教学中摩擦力做功的问题
1.滑动摩擦力对物体做负功
滑动摩擦力会阻碍物体运动,而物体也会克服滑动摩擦力进行运动,在这个过程中,滑动摩擦力就对这个物体做负功.比如,把一个质量为m的物块置于水平静止的粗糙桌面上,通过外力拉着物块向右运动,位移达到S时,摩擦力对这个物块做功多少?（已知物块和桌面的摩擦因数是）如图1所示：
物块放在水平桌面运动,所受滑动摩擦力的大小是f等于mg,方向为左,位移S的方向为右.通过公式W等于FScosθ,就得出W等于mgScosπ等于–mgS,也就是摩擦力对这个物块做了负功.
2.滑动摩擦力对物体做正功
滑动摩擦力也会加快物体运动,这时就会对物体做正功.比如,一辆车停在水平地面上,车的粗糙表面上有一个质量为m的物体,当车向右运动的位移是S时,车上面的物体向左相对运动,而位移是Sˊ,那么滑动摩擦力对这个物体做功多少?如图2所示：
车向右运动时,物体相对于这个辆车会向左滑动,因此物体所受的滑动摩擦力方向是向右,小车运动中,车上的物体和地面相对的位移是S–Sˊ,呈向右的方向.因此,在这个过程里,滑动摩擦力对车上物体做正功,做功的大小是W等于FScosθ等于mg（S–Sˊ）.而滑动摩擦力则对该车做负功,即Wˊ等于mgScosπ等于–mgS.这一对滑动摩擦力对两物体做功的和是W等于W+Wˊ等于–mgSˊ,总功是负值.
3.滑动摩擦力没有对物体做功
在图1里,虽然水平桌面受到物体向右运动时滑动摩擦力的作用,不过桌面没有随之运动.也就是说在滑动摩擦力作用下,和地面对应的桌面位移S为0,做功W也就为0,所以滑动摩擦力没有对桌面做功.
从上面我们就可以看出,不同物体之间产生的滑动摩擦力,对其中一个物体可以做正功,可以做负功,也可以不做功.不过,滑动摩擦力不可能对两个物体同时不做功,总会出现对其中一物体做正功,而对另一物体做负功,或对两物体同时做负功的现象.比如,冬天寒冷人们常常两手搓手取暖,这时滑动摩擦力对两只手就同时做负功.两物体间出现的滑动摩擦力,必须至少对其中一物体做功,而且对两物体做的总功是负值.所以,相对滑动时机械能会转化成内能.
4.静摩擦力对物体做功
有一传送带和水平方向的夹角是θ,上面有一袋粮食,相对传送带来说粮食是静止的,传送带把粮食匀速向下传送,在这个过程里静摩擦力对粮食做功多少?如图3所示：
传送带匀速向下传送粮食时,和地面相对的位移方向是沿着斜面向下,在这个过程中,传送带对粮食的静摩擦力和粮食重力下滑的分力平衡,即沿斜面向上,粮食所受静摩擦力和其位移方向呈反方向,所以静摩擦力对粮食做负功.假如图中的传送带是匀速向下传送粮食,静摩擦力就对粮食做正功.
假如物体在地面呈静止状态,在静摩擦力作用下没有出现位移,这个过程中静摩擦力就没有对物理做功.静摩擦力是否对物体做功,或者做何种功,主要是看物体所受静摩擦力和其运动方向.
三、总结
不管是静摩擦力还是滑动摩擦力,判断有没有做功的依据是力做功的必要条件.在高中物理教学中,教师要帮助学生务实基础,提高他们实际分析问题的能力.在课堂上,教师通过上面例子的分析以及归纳,有利于帮助学生对摩擦力做功有更好地理解,从而实现教学目标,提升教学的效率.