高中物理中摩擦力做功常見問題淺析

孔星皓

摘要：在高中物理的學習過程中，摩擦力做功是一個較為復雜的重點和難點，在高考試卷中占有重要比例。由于摩擦力通常會成對出現(xiàn)，使得同學們在學習的過程中常常感到困惑，因此在學習這一部分內容時會受到一定阻礙。本文將結合實際情況對高中物理中摩擦力做功的常見問題進行分析，旨在提升高中生的學習效率。

關鍵詞：高中物理 摩擦力做功 常見問題

在高中物理的學習過程中，摩擦力做功是一項重要的學習內容。然而摩擦力做功相對抽象，使得同學們在課堂學習的過程中無法充分的理解摩擦力做功的特點以及相關的解決方法。本文將結合實際情況高中物理中摩擦力做功的常見問題作進一步分析，以期加深高中生對相關知識的理解。

一、物理摩擦力做功的基本特點

在高中物理學習過程中，滑動摩擦力以及靜摩擦力都可做正功或負功，同時也存在不做功的情況，例如皮帶在傳送的過程中，皮帶會受到靜摩擦力正功的影響，而皮帶則處于不做功的狀態(tài)。靜摩擦力在做功的過程中僅能實現(xiàn)機械能之間的相互轉化，在這一狀態(tài)下靜摩擦力的主要職能就是傳遞機械能，且機械能無法轉化為其他形式的能。滑動摩擦力在做功的過程中，不僅可以實現(xiàn)機械能之間的相互轉化，還可以實現(xiàn)機械能與其他形式能之間的相互轉化。在相互作用的系統(tǒng)中，一對靜摩擦力在做功時的代數(shù)和為“0”。在相互摩擦力系統(tǒng)中，系統(tǒng)所消耗的機械能為負值即一對摩擦力做的功均是負值，且絕對值等于相對位移與摩擦力的乘積。當某一物體受到摩擦力影響時，這個物體運動的方向會與另一物體運動的方向相對相反，且受摩擦力的方向與另一物體的相對運動趨勢方向也相反。根據(jù)公式f=μN可以得出摩擦力的大小，并通過第二定律計算出物體受力以及物體當時的運動狀態(tài)。

二、有關高中物理摩擦力做功的問題分析

高中物理摩擦力做功主要分為以下四種情況：

第一，滑動摩擦力對物體做負功。在物理解題過程中，滑動摩擦力通常起到阻礙物體運動的作用，而物體會在運動的過程中克服滑動摩擦力的影響，而在這一過程中滑動摩擦力就對這個物體做負功。例如將質量為m的物體放置在一平面粗糙且水平靜止的桌面上，并通過外在拉力促使物體向右運動，如圖1所示，已知物體和桌面之間產生的摩擦因數(shù)為μ，問當這一物體運動到S處時，摩擦力對這個物體做功為多少？

根據(jù)題意可知，當物體在水平粗造桌面上進行運動時，其所受的摩擦力大小為f=μmg，且方向與物體的運動方向相反向左側，而位移S的方向為右。因此，可以根據(jù)公式W=FScosθ得出W=μmgScosπ=-μmgS，說明摩擦力做負功。

第二，滑動摩擦力對物體做正功。摩擦力在某些情況下可幫助物體進行運動，這時，滑動滑動摩擦力會對物體做正功。例如，一輛車的粗糙表面上方有一個質量為m的物體停在水平地面上，當車向右運動的位移為S時，車上的物體會相對向左運動，位移為S′，如圖2所示，問滑動摩擦力對物體m的做功為多少？

據(jù)題意可知，當小車在向右運動的過程中物體會朝向相對于小車相反的方向進行運動，因此，物體所受到的摩擦力的方向是向右的，小車與濃重，車上的物體與地面形成的相對位移為S-S′，且方向向右，因此滑動摩擦力在這一過程中對車上物體做正功，大小為W=FScosθ=μmg（S-S′），而摩擦力在這一過程中對這個小車做負功，摩擦力做功為W′=μmgScosπ=-μmgS，而這一對滑動摩擦力在運動過程中對兩個物體做功的總和為W=W+W′=μmg（S-S′）+（-μmgS）=-μmgS′，為負值。

第三，滑動摩擦力沒有對物體做功。據(jù)圖1可知，雖然物體在平面運動的過程中會受到向左摩擦力的影響，但是桌面并沒有隨著摩擦力產生運動，這說明物體在滑動摩擦力的作用下，相對于地面來說桌面位移S為“0”且做功W也為“0”，因此滑動摩擦力沒有對桌面做功。

第四，靜摩擦力對物體做功。如圖3所示，一傳送帶與水平地面夾角為θ，同時在傳送帶上放置一個物體，相對于傳送帶來說物體始終處于靜止狀態(tài)，當傳送帶勻速將物體向下傳送時，靜摩擦力對物體的做功是多少？據(jù)題意可知，當傳送帶勻速將物體向下傳送時，物體與地面相對的位移方向是沿著斜面向下，而在這一過程中傳送帶對物體的靜摩擦力和物體重力沿斜面的分力平衡，物體所受靜摩擦力方向與其位移方向相反，因此在傳輸過程中靜摩擦力對傳送帶上的物體做負功。同理，若是圖中的傳送帶是勻速向上傳送物體靜摩擦力就對物體做正功。此外，若是物體與地面始終保持靜止狀態(tài)，在受摩擦力的影響下沒有產生位移，則這一過程中靜摩擦力就沒有對物體做功。在同學們學習物理的過程中，應根據(jù)物體承受的摩擦力以及物體的運動方向來判斷靜摩擦力是否對物體做功或者做的是何種功，通過理智的判斷和分析最終得出結論。

三、結語

綜上所述，摩擦力做功問題是物理學習中常見的問題，同學們在物理學習的過程中應打好基礎，同時提高理解分析能力。在課堂上通過認真體會教師對典型例題的講解進一步理解摩擦力做功這一難題，從而提高的學習質量，完成學習目標，同時有效提升學習效率，為今后的物理學習奠定堅實基礎。

參考文獻：

[1]張桂英.高中物理中摩擦力教學設計探究[J].中學物理（高中版），2014，（01）.

[2]吳典澤.高中物理中摩擦力存在與否的判斷依據(jù)及大小[J].青年時代，2016，（23）.

[3]黃志民.探究高中物理摩擦力的教學方式[J].新課程學習·下旬，2015，（04）.

[4]黃悅.高中物理摩擦力的分析思路淺探[J].中學教學參考，2015，（20）.

（作者單位：濟寧市第一中學）endprint