（名師導學）2020版高考物理總復習 第五章 專題突破（五）摩擦力做功問題教學案 新人教版

專題突破(五)摩擦力做功問題摩擦力做功是本章的一個難點，摩擦力有滑動摩擦力、靜摩擦力之分，做功又與路徑相關，因此在不同的運動過程中，摩擦力的大小，做功的正負都有可能發(fā)生變化，因此需要清晰的分析不同的運動過程中摩擦力的變化，再利用求功公式、功能原理等列式求解摩擦力做功的特點靜摩擦力滑動摩擦力對單個物體做功既可以做正功、也可以做負功，還可以不做功既可以做正功、也可以做負功，還可以不做功能量的轉化在靜摩擦力做功的過程中，只有機械能從一個物體轉移到另一個物體(靜摩擦力起著傳遞機械能的作用)而沒有機械能轉化為內能相互摩擦的物體通過滑動摩擦力做功，將部分機械能從一個物體轉移到另一個物體，同時有部分機械能轉化為內能，此部分能量就是系統機械能的損失量一對相互作用的摩擦力做的總功一對相互作用的靜摩擦力所做功的代數和等于零要么一正一負，要么都不做功一對相互作用的滑動摩擦力對物體系統所做的總功是負值，等于摩擦力與相對路程的乘積，即WfFf·s相，說明物體克服摩擦力做功，系統損失的機械能轉變成內能例1水平傳送帶由靜止啟動時，帶動傳送帶上的物體一起開始運動，物體的質量m2 kg.如圖是傳送帶和物體啟動過程的速度圖象，v08 m/s，t11.2 s，t22.0 s，重力加速度為g10 m/s2.根據圖象上的信息求：(1)物體與傳送帶間的動摩擦因數；(2)由啟動到穩(wěn)定運動，物體在傳送帶上留下的痕跡長度s；(3)啟動過程物體與傳送帶摩擦產生的熱量Q.【解析】(1)由物體運動圖象求出物體運動加速度a：a4 m/s2根據牛二定律：Fmgma，ag由兩式：0.4(2)由圖象上的“面積”分別計算啟動到以共同速度運動，傳送帶位移s1和物體位移s2s1v0(2t2t1)11.2 ms2v0t28.0 m由得到：ss2s13.2 m(3)摩擦產生的熱量Q數值上等于摩擦力與相對路程的乘積Qmgs得到：Q25.6 J【歸納總結】1.一對靜摩擦力對系統不做功：只發(fā)生能量的轉移，不發(fā)生能量的轉化；方式一正一負或均為零；2一對滑動摩擦力對系統做負功：能量既發(fā)生轉移，又發(fā)生轉化；方式一正一負(且正功小于負功)或一零一負或均為負例2子彈以動能Ek1水平射穿放在光滑水平面上的木塊后動能變?yōu)镋k2，木塊對子彈的平均阻力為f，木塊獲得的動能為Ek，則下列說法正確的是()AEkEk1Ek2B子彈和木塊在相互作用過程中動能轉化成內能的量為Ek1(Ek2Ek)C子彈射穿木塊的過程中，木塊前進的距離為D子彈射穿木塊的過程中，子彈前進的距離為【解析】研究子彈與木塊的運動及能量變化，應以地面為參考系對子彈應用動能定理，有flEk1Ek2對木塊應用動能定理，有fsEk，得Ek1Ek2Ekf(ls)f(ls)是在這個過程中克服摩擦阻力轉化為內能的數量，它只與子彈與木塊的相對路程有關由式，子彈前進的距離l，而木塊前進的距離s.選項B、C正確【答案】BC【歸納總結】解題時應注意以下兩點：(1)摩擦力對單個物體做功應是摩擦力與物體對地位移的乘積，對應單個物體機械能的變化；(2)摩擦生熱轉化的內能多少應是摩擦力與兩物體間相對滑動的路程的乘積，對應系統機械能的減少例3如圖所示，斜面高h，質量為m的物塊，在沿斜面向上的恒力F作用下，能勻速沿斜面向上運動，若把此物塊放在斜面頂端，在沿斜面向下同樣大小的恒力F作用下物塊由靜止向下滑動，滑至底端時其動能的大小為()Amgh B2mghC2Fh DFh【解析】物塊勻速向上運動，即向上運動過程中物塊的動能不變，由動能定理知物塊向上運動過程中外力對物塊做的總功為0，即WFmghWf0物塊向下運動過程中，恒力F與摩擦力對物塊做功與上滑中相同，設滑至底端時的動能為Ek，由動能定理WFmghWfEk0將式變形有WFWfmgh，代入有Ek2mgh.故選項B正確【答案】B針對訓練1(多選)水平傳送帶在電動機的帶動下始終以速度v勻速運動某時刻在傳送帶上A點處輕輕放上一個質量為m的小物體，經時間t小物體的速度與傳送帶的速度相同，相對傳送帶的位移大小為x，A點未到右端，在這段時間內(AD)A小物體相對地面的位移大小為xB傳送帶上的A點對地的位移大小為xC由于物體與傳送帶相互作用產生的熱能為mv2D由于物體與傳送帶相互作用電動機要多做的功為mv2【解析】在這段時間內，物體從靜止做勻加速直線運動，其相對地面的位移為x1vt，傳送帶(或傳送帶上的A點)相對地面的位移為x2vt，物體相對傳送帶的位移大小xx2x1vt，顯然x1x，x22x，所以選項A正確，B錯誤；物體與傳送帶間的滑動摩擦力做功，將系統的部分機械能轉化為系統的內能，摩擦生熱Qfx，對物體運用動能定理有fx1mv2，又x1x，所以Qfxmv2，選項C錯誤；在這段時間內，電動機要多做的功等于皮帶克服滑動摩擦力做的功，Wfx22fxmv2，選項D正確2如圖所示，質量為m的物體無初速地從斜面上高h處滑下，最后停在平面上的B點，若它從斜面上高h處以初速度v0沿斜面滑下，則最后停在平面上的C點，設AC3AB，則物體在斜面上克服摩擦力做的功為_mghmv_【解析】設物體在斜面上克服摩擦力做功為Wf1，在AB段克服摩擦力做功為Wf2，則在AC段物體克服摩擦力做功為3Wf2，物體無初速釋放時，對于整個運動過程由動能定理有mghWf1Wf20物體以初速v0下滑的整個過程，同樣由動能定理，有mghWf13Wf20mv由得Wf2mghWf1，代入，有Wf1mghmv3如圖所示，在水平勻速運動的傳送帶的左端(P點)，輕放一質量為m1 kg的物塊，物塊隨傳送帶運動到A點后水平拋出，恰好無碰撞的沿圓弧切線從B點進入豎直光滑圓弧軌道下滑B、D為圓弧的兩端點，其連線水平已知圓弧半徑R1.0 m，圓弧對應的圓心角106°，軌道最低點為C，A點距水平地面的高度h0.8 m(g取10 m/s2，sin 53°0.8，cos 53°0.6)求：(1)物塊離開A點時水平初速度的大??；(2)物塊經過C點時對軌道壓力的大小；(3)設物塊與傳送帶間的動摩擦因數為0.3，傳送帶的速度為5 m/s，求P、A間的距離【解析】(1)物塊由A到B在豎直方向有v2gh，vy4 m/s，在B點tan ，vA3 m/s.(2)物塊由B到C由功能關系mgR(1cos )mvmv，vB5 m/s，解得：v33 (m/s)2.在C點FNmg，FN43 N由牛頓第三定律，物塊對軌道壓力的大小為FNFN43 N.(3)因物塊到達A點時的速度為3 m/s，小于傳送帶速度，故物塊在傳送帶上一直做勻加速直線運動mgma，a3 m/s2，P、A間的距離xPA1.5 m.- 5 -