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「高中物理」摩擦力做功与摩擦生热的关系分析

更新时间:作者:小小条

每年高考也频频出现该内容的考题,部分同学在这部分内容的学*中比较困惑,尤其是摩擦力做功与摩擦生热之间存在怎样的关系,还是一头雾水。所以弄清楚两者关系的深层原因至关重要。

大家都知道摩擦力主要分为静摩擦力和滑动摩擦力(滚动摩擦不做讨论),而产生静摩擦力时,接触面间无相对滑动,所以不会产生热量,故摩擦生热主要针对发生滑动摩擦这一情况而言。

我们都知道,做功是改变物体内能的两种方式之一。摩擦生热,就是摩擦力做功使物体内能增加的结果。摩擦时产生的热量是两个物体接触面相互作用的结果,换句话说,是接触面互相施加给对方的摩擦力(作用力与反作用力的关系)所做功的代数和的绝对值。因此,只要明确这一对摩擦力各自做功的多少,取代数和后的绝对值,即为产生的热。

「高中物理」摩擦力做功与摩擦生热的关系分析

举例具体分析如下:

例一、光滑水平地面静置一长度为L的木板,左端放一长度不计的铁块,现对铁块施加一水平向右的恒力F,使其滑到木板的右端,此时,木板在水平地面滑行距离为s,如下图所示

f1对铁块所做功Wf1 = - f1·(s+L)

f2对木板所做功Wf2 = f2·s

所以铁块在木板上滑行所产生的热量

Q =∣Wf1 + Wf2∣

=∣- f1·(s+L) + f2·s∣

=∣- f1·L∣

=∣- f·L∣

(计算式中的f1、f2已考虑方向,式中的f1、f2只代入数值即可,故f1 = f2 = f)

式中的L也就是两物体接触面的相对位移。

此时摩擦产生的热由f1、f2各自做功的代数和转化而来,这种情况下单个摩擦力做功的绝对值并不等于摩擦产生的热。

例二、将木块固定于水平地面,其他条件与例一相同时,则

s=0,Wf2 = 0,Wf1 = - f1·L= - f·L故

Q =∣Wf1 + Wf2∣=∣- f1·(0+L) + 0∣=∣- f1·L∣=∣- f·L∣

此时摩擦产生的热完全由f1所做的功转化而来,此种情况下,f1所做功的绝对值才等于摩擦产生的热。

上述内容是进行了简化处理的结论,若涉及两个接触面的相对滑动方向发生反转时,摩擦产生的热则按分段处理即可,各段处理方法仍然适用本文阐述的方法。后续的题型训练中会有涉及,感兴趣的同学敬请关注!

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