分享

高中物理:内力合功问题

 太行森林 2020-02-09

单个弹力可能做正功(例如升降机地板对物体的弹力,在其加速上升时做正功);可能不做功(在其加速度为零时不做功);可能做负功(在其以小于g的加速度加速下降时做负功)。如图1所示。

单个滑动摩擦力可能做正功(例如物体A竖直落在沿光滑水平面运动的物体B上,经过一段时间后二者的水平速度达到一致,此过程中滑动摩擦力对A做正功);可能不做功(在滑动摩擦力作用下,物体C沿水平地面以一定初速度运动最后停止,地面所受到的滑动摩擦力不做功);可能做负功(物体BC所受到的滑动摩擦力均做负功)。如图2所示。

单个静摩擦力可能做正功(例在施加于B物体上的水平拉力F作用下,叠放在B上的物体A相对B静止,与B一起做匀速运动时,静摩擦力对A做正功);可能不做功(例推箱子而未动,静摩擦力不做功);可能做负功(前例中,静摩擦力对物体B做负功)。如图3所示。

明确了单个弹力、摩擦力的做功情况,一对相互作用的弹力、摩擦力的合功情况如何呢?此合功所对应的能量变化特点又是什么呢?下面我们用实例分析。

1. 一对滑动摩擦力的合功

1. 使小物体m由静止开始沿倾角为的传送带,由A点滑至B点(AB是两个转轮与传送带相切的点)。第一次传送带静止不动,第二次传送带按顺时针方向匀速运动,则两次相比较产生热量的关系如何?两次滑动摩擦力的合功分别为正还是负?

解析:摩擦力做功,而生热量,两次L不同,因而生热量不同,第二次生热多。除此之外作用在传送带上的摩擦力要对传送带做负功,这样摩擦力又从传送带处剥夺了一份机械能,一对滑动摩擦力做功之和的结果,是剥夺了更多的机械能,因而生热量加大。两次合功均为负。

综合以上分析,可见:一对滑动摩擦力做功之和为负功包含三种可能性,一是两个滑动摩擦力一个做正功,一个做负功,但负功的数值大于正功的数值;二是两个摩擦力都做负功;三是一个滑动摩擦力做负功,另一个滑动摩擦力不做功。由于有滑动摩擦力存在时必然生热,因此两个滑动摩擦力均做负功,或一个做正功,一个做负功,但正功数值小于负功数值,以致一对滑动摩擦力做功之和为正功的情况绝不可能出现。

2. 一对静摩擦力的合功

静摩擦力存在于无相对运动的条件之下,因此对于系统来说,一定存在相对位移L为零的条件,因此,一对静摩擦力的做功和为零,在仅有静摩擦力作用时,无热量产生。

一对静摩擦力做功之和为零包含两种情况:一是每个静摩擦力都不做功(例推箱子而未动,静摩擦力对箱子、对地面均不做功),这种情况不仅没有机械能的损失(不生热),而且没有机械能的转移。二是两个静摩擦力一个做正功,一个做负功,但数值相等,其和为零。这种情况没有机械能的损失(不生热),但有机械能的转移。

3. 一对弹力的合功

弹力方向垂直接触面;如果弹力做功,位移方向必然有垂直接触面的分量;如物体有垂直接触面上的相对位移,则必然是脱离接触,弹力消失,谈不到弹力的做功问题;因此只要弹力做功,便不可能有垂直接触面的相对位移,即两弹力做功的位移必然相等,所以一对弹力的做功和必然为零。

一对弹力的做功和必然为零,包含着有两种情况,一是两个弹力都不做功(例如在图1所示情况中,升降机静止不动,则物体和升降机之间的相互作用弹力均不做功);二是两个弹力中一个做正功,一个做负功,正、负功数值相等,合功为零(例如升降机向上运动,弹力对物体做正功,对升降机做负功,做功的结果是使升降机的部分机械能转移到物体上来)。

2. 轻绳一端固定,另一端拴一小球,小球靠在斜面上,用力推斜面向左运动,在轻绳由竖直位置转到与斜面平行的位置的过程中,斜面弹力对小球做什么功?

解析:小球对斜面的弹力显而易见对斜面做负功,由一对弹力做功和为零,可知弹力对小球做正功。

总结上述内容,我们可以得出以下结论:

1. 单个弹力、摩擦力(滑动摩擦力,静摩擦力)的做功情况是多样的(正功、负功、零),一对弹力、摩擦力(滑动摩擦力、静摩擦力)的做功之和是确定的(一对滑动摩擦力的合功肯定为负,一对弹力或静摩擦力的合功肯定为零)。

2. 单个弹力、摩擦力(滑动摩擦力、静摩擦力)的功影响单个物体的机械能的变化,一对弹力、摩擦力(滑动摩擦力、静摩擦力)的合功影响整个系统的机械能的变化。

▍ 来源:综合网络

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多