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《摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線(xiàn)閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、專(zhuān)題摩擦力做功與能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.理解靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力做功的特點(diǎn);2.理解摩擦生熱及其計(jì)算?!局R(shí)解讀】1.靜摩擦力做功的特點(diǎn)如圖5-15-1,放在水平桌面上的物體A在水平拉力F的作用下未動(dòng),則桌面對(duì)A向左的靜摩擦力不做功,因?yàn)樽烂嬖陟o摩擦力的方向上沒(méi)有位移。如圖5-15-2,A和B疊放在一起置于光滑水平桌面上,在拉力F的作用下,A和B一起向右加速運(yùn)動(dòng),則B對(duì)A的靜摩擦力做正功,A對(duì)B的靜摩擦力做負(fù)功。可見(jiàn)靜摩擦力做功的特點(diǎn)是:(1)靜摩擦力可以做正功,也可以做負(fù)功,還可以不做功。(2)
2、相互作用的一對(duì)靜摩擦力做功的代數(shù)和總等于零。(3)在靜摩擦力做功的過(guò)程中,只有機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)移(靜摩擦力起著傳遞機(jī)械能的作用),而沒(méi)有機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其它形式的能。2.滑動(dòng)摩擦力做功的特點(diǎn)如圖5-15-3,物塊A在水平桌面上,在外力F的作用下向右運(yùn)動(dòng),桌面對(duì)A向左的滑動(dòng)摩擦力做負(fù)功,A對(duì)桌面的滑動(dòng)摩擦力不做功。如圖5-15-4,上表面不光滑的長(zhǎng)木板,放在光滑的水平地面上,一小鐵塊以速度從木板的左端滑上木板,當(dāng)鐵塊和木板相對(duì)靜止時(shí)木板相對(duì)地面滑動(dòng)的距離為,小鐵塊相對(duì)木板滑動(dòng)的距離為,滑動(dòng)摩擦力對(duì)鐵塊所做的功
3、為:―――①根據(jù)動(dòng)能定理,鐵塊動(dòng)能的變化量為:―――②②式表明,鐵塊從開(kāi)始滑動(dòng)到相對(duì)木板靜止的過(guò)程中,其動(dòng)能減少。那么,鐵塊減少的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為什么能量了呢?以木板為研究對(duì)象,滑動(dòng)摩擦力對(duì)木板所做的功為:――――――③根據(jù)動(dòng)能定理,木板動(dòng)能的變化量為:――④④式表明木板的動(dòng)能是增加的,由于木板所受摩擦力的施力物體是鐵塊,可見(jiàn)木塊減小的動(dòng)能有一部分()轉(zhuǎn)化為木板的動(dòng)能。將②、④兩式相加得:―――――――⑤⑤式表明鐵塊和木板組成的系統(tǒng)的機(jī)械能的減少量等于滑動(dòng)摩擦力與鐵塊相對(duì)木板的位移的乘積,這部分能量轉(zhuǎn)化為系
4、統(tǒng)的內(nèi)能。綜上所述,滑動(dòng)摩擦力做功有以下特點(diǎn):①滑動(dòng)摩擦力可以對(duì)物體做正功,也可以對(duì)物體做負(fù)功,還可以不做功。②相互摩擦的系統(tǒng)內(nèi),一對(duì)滑動(dòng)摩擦力所做的功總為負(fù)值,其絕對(duì)值等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積,且等于系統(tǒng)損失的機(jī)械能。③一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做功的過(guò)程中,能量的轉(zhuǎn)化有兩種情況:一是相互摩擦的物體間機(jī)械能的轉(zhuǎn)移;二是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。滑動(dòng)摩擦力、空氣阻力等,在曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或者往返運(yùn)動(dòng)時(shí)所做的功等于力和路程(不是位移)的乘積。3.摩擦生熱摩擦生熱是指滑動(dòng)摩擦生熱,靜摩擦不會(huì)生熱。產(chǎn)生的熱等于系統(tǒng)機(jī)械能的減少,
5、又等于滑動(dòng)摩擦力乘以相對(duì)位移,即【案例剖析】例1.如圖5-15-5,質(zhì)量為M的足夠長(zhǎng)的木板,以速度在光滑的水平面上向左運(yùn)動(dòng),一質(zhì)量為m()的小鐵塊以同樣大小的速度從板的左端向右運(yùn)動(dòng),最后二者以共同的速度做勻速運(yùn)動(dòng)。若它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為。求:(1)小鐵塊向右運(yùn)動(dòng)的最大距離為多少?(2)小鐵塊在木板上滑行多遠(yuǎn)?【解析】小鐵塊滑上木板后,由于鐵塊相對(duì)木板向右滑動(dòng),鐵塊將受到向左的滑動(dòng)摩擦力作用而減速,木板將受到向右的滑動(dòng)摩擦力作用而減速。由于,所以當(dāng)?shù)乃俣葴p為零時(shí),仍有向左的速度,相對(duì)于仍向右滑行,將在
6、向左的滑動(dòng)摩擦力作用下相對(duì)地面向左做初速為零的勻加速運(yùn)動(dòng),木板繼續(xù)向左減速,直到二者達(dá)到相同的速度,而后保持相對(duì)靜止一起向左勻速運(yùn)動(dòng)。正確理解“小鐵塊向右運(yùn)動(dòng)的最大距離”和“在木板上滑行距離”的區(qū)別是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。(答案:(1);(2))【目標(biāo)達(dá)成】1.光滑水平面上有一質(zhì)量為,長(zhǎng)為的木板,木板上有一木塊,質(zhì)量為。木塊和木板間的滑動(dòng)摩擦力為,木塊在恒力F的作用下,從木板的一端運(yùn)動(dòng)到另一端。第一次將木板固定,第二次木板可以自由運(yùn)動(dòng),則兩種情況下比較,下列說(shuō)法正確的是()A.第一次產(chǎn)生的熱量多B.第二次產(chǎn)
7、生的熱量多C.兩次產(chǎn)生的熱量一樣多D.兩次F做功一樣多2.從離地高處豎直向上拋出一個(gè)小球,小球所受阻力大小始終為,小球上升了高后開(kāi)始下落,直到落地。在此全過(guò)程中,小球克服阻力做的功為()A.B.C.D.3.一木塊放在光滑水平面上,一子彈水平射入木塊中,射入深度為d,平均阻力為f。設(shè)木塊離出發(fā)點(diǎn)距離為s時(shí)開(kāi)始勻速前進(jìn),下列判斷正確的是() A.fs量度子彈損失的動(dòng)能B.f(s+d)量度子彈損失的動(dòng)能C.fd量度子彈損失的動(dòng)能D.fd量度子彈、木
8、塊系統(tǒng)總機(jī)械能的損失4.質(zhì)量為的物體從距地面高度為處以速度被豎直向上拋出,已知它運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的阻力大小恒為,且。假定每次與地面碰撞時(shí)損失的機(jī)械能可忽略不計(jì),它在停止運(yùn)動(dòng)以前在空中通過(guò)的路程為多少?5.如圖5-15-6,AB和CD為兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的斜面,其上部足夠長(zhǎng),下部分別與一光滑的圓弧面的兩端相切,圓弧的圓心角為,半徑,一物體在離圓弧底高度為處,以初速沿斜面向下運(yùn)動(dòng),若物體與兩斜面的動(dòng)摩擦因數(shù),則物體在兩斜面上(不包括圓弧面部分)一共能走多長(zhǎng)的路程?6.如圖5