关于摩擦力做功问题的讨论

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1、关于摩擦力做功问题的讨论【内容摘要】摩擦力（包括静摩擦力和动摩擦力）的大小和方向必须通过实际的运动性质才能判定，所以摩擦力做功具有不确定性。本文结合高中物理教学实际，对摩擦力做功问题进行分析、讨论，总结，以形成规律。【关键词】静摩擦力　　动摩擦力　　正功　　负功　　能量在现代摩擦理论中，摩擦力产生的机理是极复杂的，是必须在分子尺度内才能加以说明的，由于分子力的电磁本性，摩擦力可以说是电磁相互作用而引起的。就中学阶段而言，摩擦力是互相接触的两个物体，当有相对运动或相对运动趋势时，在它们接触面上出现的

2、阻碍相对滑动的力。高中阶段摩擦力分两种：静摩擦力和滑动摩擦力。静摩擦力可以从零到最大静摩擦力之间变化，所以它的大小必须由外力来确定；滑动摩擦力则必须由摩擦因数及正压力共同决定即，摩擦因数与材料有关，正压力则与运动的形式及性质有关。所以滑动摩擦力大小和方向，与物体所处的运动状态有关。功是力在运动过程中的空间累积效应的量度。在经典力学中也称为机械功。在高中阶段，恒力对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移的夹角的余弦这三者的乘积。即，其中是在力的方向上通过的位移大小。由于运动具有相对性，故在力

3、的方向上通过位移也具有相对性。综上所述可知，要想计算摩擦力所做的功，就必须同时确定摩擦力的大小及在摩擦力方向上通过的位移大小。由此可知，摩擦力做功具有不确定性。下面就这一问题，从摩擦力做功的特点，逐一讨论摩擦力做功的问题。一、静摩擦力的功在相互挤压的物体的接触面间有相对滑动趋势，但还没有发生相对滑动的时候，接触面间会出现阻碍相对滑动的力，这个力即为静摩擦力。静摩擦力虽然是在两物体没有相对位移的条件下出现的力，但这不等于静摩擦力做功一定为零。因为受静摩擦力作用的物体依然可以相对地面或其他参考系发生位

4、移，这个位移如果不与静摩擦力垂直，则静摩擦力必定做功：如图1所示，水平地面上的物体A和B在外力F的作用下能保持相对静止地匀加速运动，则在此过程中，A对B的静摩擦力f的方向水平向右，与它们的位移方向相同，所以A对B的静摩擦力对B做正功。-12-ABaFABaFSff图1如图2所示，物体A、B以初速度滑上粗糙的水平面，能保持相对静止地向右做匀减速运动，则在此过程中，A对B的静摩擦力f的方向水平向左，与它们的位移方向相反，所以A对B的静摩擦力对B做负功。ABaABaSff图2当然，若受到静摩擦力作用的物

5、体若相对于某一参考系没有发生位移，摩擦力也就不做功了。从以上两例中我们还注意到，若从能量的角度来看，在静摩擦力做功的过程中，机械能只发生了相互转移，并未转化为其他形式的能量。另外，对相互有静摩擦力作用的两个物体而言，由于两物体相对静止，则两物体相对同一参考系的位移必相同，所以这一对静摩擦力一个做正功，一个做负功，且功的大小相等，它们的代数和为零。综上所述可知，静摩擦力做功有以下几个规律：（一）静摩擦力可以做正功，可以做负功，还可以不做功；（二）在静摩力做功的过程中，系统中只有机械能的相互转移，也就

6、是说，静摩擦力做功不会产生热。（三）相互作用的系统内，一对静摩擦力所做的功的代数和必为零。但在实际教学实践中，经常发现有些学生甚至极少数教师会在静摩擦力做功问题上认识不清，现将典型错例列举如下：错例1：人走路时，人脚受地面的静摩擦力对人做正功。不少人认为：人从静止到走动起来的过程中，-12-地面给人脚的静摩擦力方向与人行走的方向一致，所以人增加的动能是地面对人脚的静摩擦力做正功的结果。这种观点其实是没有根据的。人走路时无论是脚向后蹬还是抬脚向前迈的瞬间，脚相对地都没有位移，所以地面对人脚的静摩擦力

7、做功为零。从能量的转化和守恒的角度来看，假如地面对人脚的静摩擦力做正功，就意味着地面向人体注入能量，这是不可能的。错例2：后驱动的汽车运动时（不打滑）后轮受到地面的静摩擦力方向与汽车的运动方向相同，所以地面对该车轮的静摩擦力对汽车做正功。实际上，车轮与地面接触瞬间，在静摩擦方向上车轮并未发生位移，所以地面对车轮的静摩擦力对汽车不做功。错例3：立定跳远（无滑动）瞬间地面对人的静摩擦力对人做正功；人爬竿时（无滑动）竿对人手的静摩擦力对人做正功。这也是错的。其实这两种静摩擦力对人都不做功，用错例1的正确

8、观点就可以解释。以上三例中，静摩擦力均不做功，这是由功的定义所决定的。以上三例，均是物体内力做功的结果。人行走的动能、汽车运动的动能、人跳出时的动能以及往上爬时克服重力所做的功均是由人或物体的内力做功转化而来，静摩擦力只不过是为这些内力做功提供条件。发生这些错误的原因是人们把内力功和外力功混淆起来了。二、滑动摩擦力的功滑动摩擦力是指在两个相互接触的物体发生沿接触面的相对滑动时，在接触面上产生阻碍相对运动的力。其计算公式为，其中为摩擦因数，为作用在接触面上的正压力。从滑动摩擦力计算公