【摘 要】在高中物理教學(xué)中，摩擦力做功屬于教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是高考的熱點(diǎn)。摩擦力總是以成對(duì)的形式出現(xiàn)，學(xué)習(xí)中，很多學(xué)生碰到實(shí)際問題常常對(duì)摩擦力做功感到困惑，所以教學(xué)時(shí)教師要重視這部分的講解。本文主要從高中物理教學(xué)的角度論述摩擦力做功的問題，希望對(duì)高中物理教學(xué)有一定借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】物理教學(xué)；教師；摩擦力做功

學(xué)生學(xué)習(xí)高中物理中的力學(xué)時(shí)，常常反映摩擦力部分比較難學(xué)，尤其是靜摩擦力掌握起來更加困難。要想清楚摩擦力做功的問題，就要明確摩擦力做功特點(diǎn)以及力對(duì)物體做功問題的常規(guī)求解方法。在兩個(gè)互相接觸、接觸面粗糙、有彈力作用并且相互運(yùn)動(dòng)的物體之間會(huì)產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)一個(gè)物體受到滑動(dòng)摩擦力時(shí)，其方向和另一物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方向是相反的，受靜摩擦力時(shí)的方向和另一個(gè)物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢的方向也是相反的。滑動(dòng)摩擦力的大小可以根據(jù)公式f = μN(yùn)計(jì)算，靜摩擦力大小和物體所受的力以及物體當(dāng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)情形有關(guān)，然后再通過牛頓第二定律進(jìn)行解答。

探究摩擦力對(duì)一物體的做功，不僅需要明確摩擦力的方向和大小，還需要明確在摩擦力作用下物體發(fā)生的位移。確定物體位移時(shí)要先把參照系確定好，高中物理中常常以地面為參照物。明確力F、位移S以及它們的夾角θ，就很容易求出摩擦力的做功了。

一、摩擦力做功特點(diǎn)

滑動(dòng)摩擦力及靜摩擦力都可以做正功或負(fù)功，也可以不做功，像皮帶傳送中，靜摩擦力就會(huì)對(duì)物體做正功，而對(duì)皮帶就沒有做功。靜摩擦力做功時(shí)，僅僅是機(jī)械能在相互轉(zhuǎn)化，這時(shí)的靜摩擦力主要是在傳遞機(jī)械能，機(jī)械能并沒有轉(zhuǎn)化成別種形式的能?；瑒?dòng)摩擦力在做功時(shí)，不僅機(jī)械能之間在相互轉(zhuǎn)化，而且機(jī)械能和別種形式的能也在相互轉(zhuǎn)化。在相互作用系統(tǒng)中，一對(duì)靜摩擦力在做功時(shí)的代數(shù)和是零。在相互摩擦系統(tǒng)中，一對(duì)滑動(dòng)摩擦力做的功都是負(fù)值，絕對(duì)值等于相對(duì)位移和滑動(dòng)摩擦力的乘積，也就是系統(tǒng)所耗損的機(jī)械能。

二、高中物理教學(xué)中摩擦力做功的問題

1.滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做負(fù)功

滑動(dòng)摩擦力會(huì)阻礙物體運(yùn)動(dòng)，而物體也會(huì)克服滑動(dòng)摩擦力進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過程中，滑動(dòng)摩擦力就對(duì)這個(gè)物體做負(fù)功。比如，把一個(gè)質(zhì)量為m的物塊置于水平靜止的粗糙桌面上，通過外力拉著物塊向右運(yùn)動(dòng)，位移達(dá)到S時(shí)，摩擦力對(duì)這個(gè)物塊做功多少？（已知物塊和桌面的摩擦因數(shù)是μ）如圖1所示：

物塊放在水平桌面運(yùn)動(dòng)，所受滑動(dòng)摩擦力的大小是f = μmg，方向?yàn)樽?，位移S的方向?yàn)橛摇Ｍㄟ^公式W = FScosθ，就得出W =μmg Scosπ=–μmg S，也就是摩擦力對(duì)這個(gè)物塊做了負(fù)功。

2.滑動(dòng)摩擦力對(duì)物體做正功

滑動(dòng)摩擦力也會(huì)加快物體運(yùn)動(dòng)，這時(shí)就會(huì)對(duì)物體做正功。比如，一輛車停在水平地面上，車的粗糙表面上有一個(gè)質(zhì)量為m的物體，當(dāng)車向右運(yùn)動(dòng)的位移是S時(shí)，車上面的物體向左相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而位移是Sˊ，那么滑動(dòng)摩擦力對(duì)這個(gè)物體做功多少？如圖2所示：

車向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體相對(duì)于這個(gè)輛車會(huì)向左滑動(dòng)，因此物體所受的滑動(dòng)摩擦力方向是向右，小車運(yùn)動(dòng)中，車上的物體和地面相對(duì)的位移是S–Sˊ，呈向右的方向。因此，在這個(gè)過程里，滑動(dòng)摩擦力對(duì)車上物體做正功，做功的大小是W = FScosθ=μmg（S–Sˊ）。而滑動(dòng)摩擦力則對(duì)該車做負(fù)功，即Wˊ=μmgScosπ=–μmgS。這一對(duì)滑動(dòng)摩擦力對(duì)兩物體做功的和是W = W + Wˊ=–μmgSˊ，總功是負(fù)值。

3.滑動(dòng)摩擦力沒有對(duì)物體做功

在圖1里，雖然水平桌面受到物體向右運(yùn)動(dòng)時(shí)滑動(dòng)摩擦力的作用，不過桌面沒有隨之運(yùn)動(dòng)。也就是說在滑動(dòng)摩擦力作用下，和地面對(duì)應(yīng)的桌面位移S為0，做功W也就為0，所以滑動(dòng)摩擦力沒有對(duì)桌面做功。

從上面我們就可以看出，不同物體之間產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦力，對(duì)其中一個(gè)物體可以做正功，可以做負(fù)功，也可以不做功。不過，滑動(dòng)摩擦力不可能對(duì)兩個(gè)物體同時(shí)不做功，總會(huì)出現(xiàn)對(duì)其中一物體做正功，而對(duì)另一物體做負(fù)功，或?qū)晌矬w同時(shí)做負(fù)功的現(xiàn)象。比如，冬天寒冷人們常常兩手搓手取暖，這時(shí)滑動(dòng)摩擦力對(duì)兩只手就同時(shí)做負(fù)功。兩物體間出現(xiàn)的滑動(dòng)摩擦力，必須至少對(duì)其中一物體做功，而且對(duì)兩物體做的總功是負(fù)值。所以，相對(duì)滑動(dòng)時(shí)機(jī)械能會(huì)轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。

4.靜摩擦力對(duì)物體做功

有一傳送帶和水平方向的夾角是θ，上面有一袋糧食，相對(duì)傳送帶來說糧食是靜止的，傳送帶把糧食勻速向下傳送，在這個(gè)過程里靜摩擦力對(duì)糧食做功多少？如圖3所示：

傳送帶勻速向下傳送糧食時(shí)，和地面相對(duì)的位移方向是沿著斜面向下，在這個(gè)過程中，傳送帶對(duì)糧食的靜摩擦力和糧食重力下滑的分力平衡，即沿斜面向上，糧食所受靜摩擦力和其位移方向呈反方向，所以靜摩擦力對(duì)糧食做負(fù)功。假如圖中的傳送帶是勻速向下傳送糧食，靜摩擦力就對(duì)糧食做正功。

假如物體在地面呈靜止?fàn)顟B(tài)，在靜摩擦力作用下沒有出現(xiàn)位移，這個(gè)過程中靜摩擦力就沒有對(duì)物理做功。靜摩擦力是否對(duì)物體做功，或者做何種功，主要是看物體所受靜摩擦力和其運(yùn)動(dòng)方向。

三、總結(jié)

不管是靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，判斷有沒有做功的依據(jù)是力做功的必要條件。在高中物理教學(xué)中，教師要幫助學(xué)生務(wù)實(shí)基礎(chǔ)，提高他們實(shí)際分析問題的能力。在課堂上，教師通過上面例子的分析以及歸納，有利于幫助學(xué)生對(duì)摩擦力做功有更好地理解，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，提升教學(xué)的效率。

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