摩擦力做功与摩擦生热的区别和联系
湖北省恩施高中陈恩谱
一、功和热的区别
功是功——力对空间的积累效应，热是能量——相互摩擦的两个物体内能的增加量。
二、计算式中位移/路程的区别
功的计算式中的l是力直接作用在其上的物体对地的位移，而摩擦生热时产生的热量
W?Flcos?
Q?Fs中的s是两个相互接触的物体间相对滑动的路程。
相对
f相对
三、两者关系
v0
1、推导过程：
x
2
v2
s
相对
x1
v
1
如图所示，木板M静止在光滑水平地面上，其上表面粗糙，一滑块从其左端已某一速度v向右滑上
0
木板，经过一段时间，木板对地位移为x1，末速度为v1，滑块对地位移为x2，末速度为v2，则由动能定理，
有
1
2
摩擦力对木板做正功，对应木板动能变化：Fx?Mv?0
f11
2
11
22
摩擦力对滑块做负功，对应滑块动能变化：?Fx?mv?mv
f220
22
111
222
由能量守恒，有该过程摩擦产生的热量为：Q?mv?(Mv?mv)
012
222
三式联立，得到：Q?F(x?x)?Fs，其中s=x?x
f21f21
相对相对
2、两者关系：
从前述推导过程可看出摩擦力的功和摩擦生热两者之间的本质性区别。
若从能量角度作一分析，则可这样分析，即：摩擦力对滑块做负功，将能量“拿来”，使滑块动能减少；
摩擦力对木板做正功，将能量“送走”，使木板动能增加；但是由于x?x，所以“拿来”的能量多于“送走”
21
的能量——这没有送走的部分就是两者共有的内能增量——热量。
四、相关结论
1、一对滑动摩擦力做的总功为负功：
W?W?W?Fx?(?Fx)??F(x?x)??Fs??Q
总12f1f2f21f相对
2、水平传送带匀速运动，将物块无初速度放到传送带上，则物块动能增加量数值等于该过程的摩擦
生热：
v1
2
物块位移为x?t，摩擦力对物块做的功等于物块动能增加：Fx?mv?0
1f1
22
1
2
传送带位移为x?vt?2x，则摩擦生热Q?Fs?F(x?x)?Fx?mv。
21ff21f1
相对
2
3、相对滑动路程的计算：如果两物体的相对运动是单向直线运动，则可直接用两物体的位移求差；
如果相对运动是往返运动，则必须分段求解相对滑动位移，然后绝对值相加。
说明：本文收录于陈恩谱老师《物理原来可以这样学》2019年6月第三次修订版。 |
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