高中物理教學中摩擦力做功的問題分析

【摘 要】在高中物理教學中，摩擦力做功屬于教學的重點和難點，也是高考的熱點。摩擦力總是以成對的形式出現，學習中，很多學生碰到實際問題常常對摩擦力做功感到困惑，所以教學時教師要重視這部分的講解。本文主要從高中物理教學的角度論述摩擦力做功的問題，希望對高中物理教學有一定借鑒意義。

【關鍵詞】物理教學；教師；摩擦力做功

學生學習高中物理中的力學時，常常反映摩擦力部分比較難學，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以及力對物體做功問題的常規求解方法。在兩個互相接觸、接觸面粗糙、有彈力作用并且相互運動的物體之間會產生摩擦力。當一個物體受到滑動摩擦力時，其方向和另一物體相對運動的方向是相反的，受靜摩擦力時的方向和另一個物體相對運動趨勢的方向也是相反的。滑動摩擦力的大小可以根據公式f = μN計算，靜摩擦力大小和物體所受的力以及物體當時的運動情形有關，然后再通過牛頓第二定律進行解答。

探究摩擦力對一物體的做功，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生的位移。確定物體位移時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

滑動摩擦力及靜摩擦力都可以做正功或負功，也可以不做功，像皮帶傳送中，靜摩擦力就會對物體做正功，而對皮帶就沒有做功。靜摩擦力做功時，僅僅是機械能在相互轉化，這時的靜摩擦力主要是在傳遞機械能，機械能并沒有轉化成別種形式的能?；瑒幽Σ亮υ谧龉r，不僅機械能之間在相互轉化，而且機械能和別種形式的能也在相互轉化。在相互作用系統中，一對靜摩擦力在做功時的代數和是零。在相互摩擦系統中，一對滑動摩擦力做的功都是負值，絕對值等于相對位移和滑動摩擦力的乘積，也就是系統所耗損的機械能。

二、高中物理教學中摩擦力做功的問題

1.滑動摩擦力對物體做負功

滑動摩擦力會阻礙物體運動，而物體也會克服滑動摩擦力進行運動，在這個過程中，滑動摩擦力就對這個物體做負功。比如，把一個質量為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動，位移達到S時，摩擦力對這個物塊做功多少？（已知物塊和桌面的摩擦因數是μ）如圖1所示：

物塊放在水平桌面運動，所受滑動摩擦力的大小是f = μmg，方向為左，位移S的方向為右。通過公式W = FScosθ，就得出W =μmg Scosπ=–μmg S，也就是摩擦力對這個物塊做了負功。

2.滑動摩擦力對物體做正功

滑動摩擦力也會加快物體運動，這時就會對物體做正功。比如，一輛車停在水平地面上，車的粗糙表面上有一個質量為m的物體，當車向右運動的位移是S時，車上面的物體向左相對運動，而位移是Sˊ，那么滑動摩擦力對這個物體做功多少？如圖2所示：

車向右運動時，物體相對于這個輛車會向左滑動，因此物體所受的滑動摩擦力方向是向右，小車運動中，車上的物體和地面相對的位移是S–Sˊ，呈向右的方向。因此，在這個過程里，滑動摩擦力對車上物體做正功，做功的大小是W = FScosθ=μmg（S–Sˊ）。而滑動摩擦力則對該車做負功，即Wˊ=μmgScosπ=–μmgS。這一對滑動摩擦力對兩物體做功的和是W = W + Wˊ=–μmgSˊ，總功是負值。

3.滑動摩擦力沒有對物體做功

在圖1里，雖然水平桌面受到物體向右運動時滑動摩擦力的作用，不過桌面沒有隨之運動。也就是說在滑動摩擦力作用下，和地面對應的桌面位移S為0，做功W也就為0，所以滑動摩擦力沒有對桌面做功。

從上面我們就可以看出，不同物體之間產生的滑動摩擦力，對其中一個物體可以做正功，可以做負功，也可以不做功。不過，滑動摩擦力不可能對兩個物體同時不做功，總會出現對其中一物體做正功，而對另一物體做負功，或對兩物體同時做負功的現象。比如，冬天寒冷人們常常兩手搓手取暖，這時滑動摩擦力對兩只手就同時做負功。兩物體間出現的滑動摩擦力，必須至少對其中一物體做功，而且對兩物體做的總功是負值。所以，相對滑動時機械能會轉化成內能。

4.靜摩擦力對物體做功

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，在這個過程里靜摩擦力對糧食做功多少？如圖3所示：

傳送帶勻速向下傳送糧食時，和地面相對的位移方向是沿著斜面向下，在這個過程中，傳送帶對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，所以靜摩擦力對糧食做負功。假如圖中的傳送帶是勻速向下傳送糧食，靜摩擦力就對糧食做正功。

假如物體在地面呈靜止狀態，在靜摩擦力作用下沒有出現位移，這個過程中靜摩擦力就沒有對物理做功。靜摩擦力是否對物體做功，或者做何種功，主要是看物體所受靜摩擦力和其運動方向。

三、總結

不管是靜摩擦力還是滑動摩擦力，判斷有沒有做功的依據是力做功的必要條件。在高中物理教學中，教師要幫助學生務實基礎，提高他們實際分析問題的能力。在課堂上，教師通過上面例子的分析以及歸納，有利于幫助學生對摩擦力做功有更好地理解，從而實現教學目標，提升教學的效率。

參考文獻：

[1] 李寶缺.摩擦力做功的特點及例證[J].高中數理化（高一版），2008（04）

[2] 何立文.解析靜摩擦力和滑動摩擦力做功的區別[J].數理化學習（高中版），2007（16）

[3] 李巖.關于摩擦力做功與能量轉化之間的關系[J].數理化學習（高中版），2009（14）