互相作用力和平衡力【平衡力与相互作用力做功的异同】

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-16
平衡力与相互作用力做功的异同

湖南衡东欧阳遇实验中学 陈明远 421411

一:一对平衡力做功的特点:

一对平衡力因力的大小相等,方向相反,且作用于同一物体上。所以物体在一对平衡力作用下,物体的位移大小相等,力与位移的方向夹角之和α1+α2=180°。由功的计算式:W=FScosα可知,一对平衡力对物体所做功具有以下特点:

1:做功的大小相同; 2:做功的性质相反或同为零;3:对物体所做的总功为零。 二:一对相互作用力做功的特点:

一对相互作用力虽力的大小相等,方向相反,因为是作用在两个不同的物体上,而这两个物体的位移并不一定相同,所以一对相互作用力做功的情况则要复杂得多。具体而言,一对相互作用力做功具有以下特点:

1:做功的大小不一定相等;如一对滑动摩擦力,虽摩擦力的大小相等,但因相互作用的两物体间发生相对滑动,两物体对应的位移不相等,由W=FScosα可知,此时一对滑动摩擦力功的大小则不相等。

2:做功的性质具有不确定性;

A:一对相互作用力可能都不做功。如用力推桌子,而桌子并没推动时,桌子与地面间的静摩擦力对桌子不做功,同样地面受的静摩擦力也不对地面做功。

B:一对相互作用力做功可能性质相反,其中一个做正功,V 另一个做负功。如右图中,质量为m的滑块以初速度为V0滑

上置于光滑水平地面上的长木板M,此时m、M之间的滑动摩擦力对滑块m做负功,而对长木板做正功。

C:一对相互作用力可能对其中一个物体做负功,对另一个物体不做功。如上例,当把长木板M固定时,则摩擦力对滑块做负功,而对长木板不做功。

D:一对相互作用力可能对两个物体都做负功。如上例,当长木板同时以初速度V`向左运动时,则摩擦力对滑块及长木板都做负功。

E:一对相互作用力可能对两个物体都做正功。如右图,Q1 Q 在光滑水平面上有两个都带正电荷的小球A、B,带电量分别为Q1、Q2,原来都用手按住使A、B处于静止,松手后

两电荷在相互的排斥力作用下运动,该过程中A对B及B

对A的排斥力分别对B、A做正功。

F:一对相互作用力可能对其中一个物体做正功,对另一个物体不做功。如上例中,只松开球A或球B,另一球B或A在排斥力的作用下运动,电荷间的排斥力对其做正功,而对另一球则不做功。

综上所述,在一对相互作用力做功中,各种做功的可能性都有。

3:一对相互作用力做功的总和可以为零,可以为正,也可以为负。

而相互作用力中一对摩擦力的功,学生则更是难于理解,把握。以下再具体分析一对摩擦力做功的特点。

三:一对摩擦力做功的特点:

1:一对静摩擦力做功的特点:

A:功的大小相等;因为物体间的摩擦力为静摩擦力时,物体间没有相对位移,两物体的位移相同,而摩擦力的大小也相同,摩擦力与位移的夹角之和α1+α2=180°,所以功的大小相等。

B

:功的性质相反或同为零。由以上分析可知,当静摩擦力对其中一个物体做正功时,

则对另一物体做负功,如对其中一个物体做功为零时,对另一物体做功也为零。

C:功的总和为零。因静摩擦力对物体做的正、负功大小相等,所以总功为零。

即相互作用的一对静摩擦力做功的代数和等于零,它不会引起系统的总机械能改变,但可以使机械能从一个物体转移到另一个物体。从另一个角度说,静摩擦力做功,没有热量生成。

一对静摩擦力做功的特点与一对平衡力做功的特点很相似。

2:一对滑动摩擦力做功的特点: A:功的大小不一定相等;如右图所示,当滑块m以初速度V0滑上置于光滑水平面上的长木板M,并从左端滑向右端的过程中,设所受的滑动摩擦力大小为Ff,则摩擦

力对m做的负功:W=FfSm,对M做的正功:W= FfSM,SM≠Sm,所以此时功的大小不相等。但当长木板向左运动,滑动摩擦力对m、M都做负功时,所做负功的大小又可能相等。

B:做功的性质从上述分析可分为以下几种:对物体都做负功;对其中一物体做负功,对另一物体不做功;对其中一物体做负功,对另一物体做正功。

C:做功的总和一定为负功。由上图可知:SM=Sm-d,d为滑块与木板间的相对位移,所以:W总= -FfSm+ FfSM=-Ffd,即一对滑动摩擦力对系统做功的总和为负功。也就是说,一对滑动摩擦力做功的结果总是物体系的机械能减少,这减少的机械能转化为内能,这就是平时所说的“摩擦生热”。由此式也可推知一对静摩擦力的总功为零,因为物体之间的相对位移d为零。

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