摩擦力做功与能量转化问题探讨

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1、摩擦力做功与能量转化问题探讨　　摘要：功是能的转化的量度，摩擦力做功与什么能量的转化有关呢？就摩擦力做功时的能量转化问题进行探讨。　　关键词：能量转化；静摩擦力；滑动摩擦　　一、静摩擦力做功时的能量转化　　静摩擦力产生的条件之一是两物体相对静止，能产生静摩擦力的两个物体根据运动情况可以分为三种情况：　　1.两个物体均静止不动时，它们之间的静摩擦力都不做功。　　2.两个物体都以共同加速度一起运动，这时又分为两种情况：　　（1）两个物体一起加速　　如图1所示，放在光滑水平面的木板M，受到一向右的水平外力F的作用，木板M和

2、放在它上面的木块m一起向右加速运动。当它们一起向右运动位移为s时，静摩擦力对m、M做功分别为：　　m受到向右的静摩擦力，静摩擦力对m做正功，W2=Fs；　　M受到向左的静摩擦力，静摩擦力对M做负功，W1=-Fs。　　（2）两个物体一起减速　　如图2所示，放在粗糙水平面的木　　板M，和放在它上面的木块m一起以初速度v0向右减运动。当它们一起向右运动位移为s时，擦力对m、M做功分别为：　　m受到向左的静摩擦力，静摩擦力对m做负功，W2=-Fs；　　M受到向右的静摩擦力，静摩擦力对M做正功，W1=Fs。　　3.两个物体一起

3、匀速运动　　如图3所示，在倾角为θ的倾斜传送带，质量为m的物块随传送带一起匀速运动，传送带的长度为L，在把m从传送带底端运送到顶端的过程中，静摩擦力对m传送带做功分别为：　　m受到沿斜面向上的静摩擦力，静摩擦力对m做正功，W2=FL=mgLsinθ；　　传送带受到沿斜面向下的静摩擦力，静摩擦力对传送带做负功，W1=-FL=-mgLsinθ。　　通过以上三种情况讨论，得到以下结论：　　（1）两个物体之间的静摩擦力，要么都不做功，要么做功一正一负，但静摩擦力做功的代数和为0；　　（2）当两个物体之间的静摩擦力做功一正一负

4、时，静摩擦力做功起到机械能转移的作用，把做负功物体的机械能转移到做正功的物体上，但两物体系统与其他物体无能量交换。　　二、滑动摩擦力做功时的能量转化　　滑动摩擦力产生的条件是两个物体之间有相对运动，能产生滑动摩擦力的两个物体根据运动情况可以分为三种情况：　　1.一个物体运动，一个物体静止　　在粗糙水平面上向右滑动的质量为m的物块，地面的动摩擦因数为μ，物体运动的位移为L，物体的滑动摩擦力为μmg，滑动摩擦力做负功，W=-FL=-μmgL，机械能减少，转化为内能，也等于这个过程中产生的热量，Q=ΔE=-W=μmgL。　

5、　2.两个物体运动方向一致，但速度大小不一样　　在光滑水平面上，有一质量为m1的木板，质量为m1的木块放在木板上，它们分别以速度v1、v2向右运动。　　（1）如果v1>v2，经过一段时间，m1、m2的位移分别为x1、x2，滑动摩擦力对m2、m1做功分别为：　　m2受到向右的滑动摩擦力，滑动摩擦力对m2做正功，W2=Fx2=μm2gx2；　　m1受到向左的滑动摩擦力，滑动摩擦力对m1做负功，W1=-Fx1=-μm2gx1。　　滑动摩擦力做的总功为：W=W1+W2=μm2g（x2-x1），此时由于　　x1>x2，则x2-

6、x1<0，W<0。表示滑动摩擦力对m1、m2做的总功使系统动能减少，转化为产生的热量。　　Q=ΔE=-W=μm2gL（x1-x2）=FΔx。（Δx表示相对位移）　　（2）如果v1

7、

8、，滑动摩擦力对m1也做负功，W1=-Fx1=-μm2gx1。　　滑动摩擦力做的总功为：W=W1+W2=-μm2g（x1+x2），则W<0。表示滑动摩擦力对m1、m2做的总功使系统动能减少，转化为产生的热量。　　Q=ΔE=-W=μm2gL（x2+x1）=FΔx。（Δx表示相对位移）　　通过以上三种情况讨论，可以得出以下结论：　　（1）两个物体之间