正確區(qū)分高中物理中的摩擦力做的功和摩擦生的熱

賀佳

摘要：摩擦力做的功和摩擦生的熱是高中學(xué)生很容易混淆的兩個(gè)物理概念，很多學(xué)生不能正確區(qū)別，在考試中經(jīng)常出錯(cuò)?；诖?，本文從摩擦力做的功和摩擦生的熱的性質(zhì)、所屬對(duì)象和計(jì)算方法等角度進(jìn)行論述，以便學(xué)生更好地理解并掌握這一知識(shí)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：摩擦力? ?做功? ?生熱? ?相對(duì)位移

高中物理中有許多看上去差不多實(shí)則差別很大的概念，學(xué)生若不加以區(qū)分，很容易出錯(cuò)，導(dǎo)致考試失分。這種情況往往不容易引起學(xué)生的重視，考試中做錯(cuò)了，丟分了，很多學(xué)生也只是簡(jiǎn)單歸納為粗心，沒有看清題目，認(rèn)為只要下次考試時(shí)注意點(diǎn)就可以避免。

如在教學(xué)“速度變化量的大小”和“速度大小的變化量”時(shí)，學(xué)生乍一看覺得這兩個(gè)概念是一回事，但實(shí)際上它們的區(qū)別很大。第一，前者是末速度和初速度通過(guò)三角形定則進(jìn)行矢量相減后得到的速度大小，后者是末速度和初速度進(jìn)行簡(jiǎn)單數(shù)值上的相減后的速度大小;第二，前者取決于加速度和時(shí)間，在勻變速運(yùn)動(dòng)中，它與時(shí)間成正比，而后者則不一定;第三，前者可能會(huì)比初速度和末速度大，而后者必然小于初速度和末速度中較大的那個(gè)。在單向直線運(yùn)動(dòng)中，兩者算出來(lái)的大小是一樣的，但若存在反向或曲線運(yùn)動(dòng)，兩者就會(huì)相差很大。

在高中物理必修二中，學(xué)生比較容易混淆的兩個(gè)概念是“摩擦力做的功”和“摩擦生的熱”。

首先，“功”和“熱量”是兩個(gè)完全不同的概念，雖然兩者在單位上一樣，但“功”不能轉(zhuǎn)化為“熱量”或“能量”。在高中物理教中，筆者曾遇到這樣一個(gè)問題：一個(gè)物體在拉力作用下做加速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)拉力做了正功，物體的動(dòng)能也就增加了。很多學(xué)生認(rèn)為這是拉力做的功，轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能了。其實(shí)并非如此，“功”和“能”是兩個(gè)完全不同的概念，兩者之間不能相互轉(zhuǎn)化。做功是能量轉(zhuǎn)化的途徑，各種能量之間通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化，且物體做了多少功，就有多少能量轉(zhuǎn)化。功只是能量之間的一種媒介，最終還是能量與能量之間發(fā)生轉(zhuǎn)化。

其次，摩擦力做的功屬于單個(gè)物體，而摩擦生的熱則屬于整個(gè)系統(tǒng)。因此，計(jì)算摩擦力做的功時(shí)，學(xué)生要看清楚題目問的是摩擦力對(duì)哪個(gè)物體做的功，解題時(shí)就應(yīng)選那個(gè)物體作為研究對(duì)象，而計(jì)算摩擦生的熱一定是以整個(gè)系統(tǒng)作為研究對(duì)象。摩擦力都是成對(duì)出現(xiàn)的，兩個(gè)摩擦力會(huì)分別對(duì)兩個(gè)物體做功，而摩擦生的熱只有一個(gè)。

再次，在計(jì)算摩擦力做的功時(shí)，學(xué)生要注意判斷清楚物體所受摩擦力和位移的方向。因?yàn)槟Σ亮ψ龅墓赡苁钦Γ部赡苁秦?fù)功，這取決于摩擦力和位移的方向是否相同，兩者方向相同的摩擦力叫作正功，兩者方向相反的摩擦力叫作負(fù)功，而計(jì)算摩擦生的熱則不需要判斷。由于摩擦力做功有正負(fù)之分，有摩擦力對(duì)物體做功，物體的機(jī)械能不一定減少。當(dāng)摩擦力對(duì)物體做正功時(shí)，物體的機(jī)械能是增加的，而系統(tǒng)內(nèi)有摩擦生熱時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能一定會(huì)減少，摩擦生的熱即為機(jī)械能的減少量。因此，摩擦生的熱一定為正值，這也是計(jì)算摩擦生熱時(shí)不需要判斷摩擦力和位移方向的原因。

最后，計(jì)算摩擦力做的功用的是物體相對(duì)于地面的位移，而計(jì)算摩擦生的熱用的是物體間的相對(duì)位移。前者是以地面為參考系，計(jì)算摩擦力對(duì)哪個(gè)物體做的功，就應(yīng)該用哪個(gè)物體的位移。而后者以其中一個(gè)物體為參考，是另一個(gè)物體的位移，或者兩個(gè)物體相對(duì)于地面位移的矢量差。當(dāng)兩個(gè)物體都發(fā)生了位移時(shí)，不一定有相對(duì)位移，可能兩個(gè)物體始終以相同的速度向前運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，它們的摩擦力為靜摩擦力，相對(duì)位移為零，也就沒有摩擦生熱。兩物體間有相對(duì)位移時(shí)，不一定兩物體都發(fā)生了位移，可能其中一個(gè)靜止，另一個(gè)運(yùn)動(dòng)了。這時(shí)，摩擦力對(duì)靜止的物體沒有做功。

總之，摩擦力做的功與摩擦生的熱看上去很相似，但實(shí)則差別很大。學(xué)生只有掌握了它們之間的區(qū)別和聯(lián)系，才能在今后的考試中不會(huì)因?yàn)楦拍顩]弄清楚而失分。

參考文獻(xiàn)：

[1]季鐘，姜?jiǎng)?，吳菊?關(guān)于摩擦力做功與“摩擦生熱”問題的討論[J].中學(xué)物理：高中版，2015，（15）.

[2]夏造乾.摩擦力做功與摩擦生熱[J].高中生之友：青春版，2004，（10）.

[3]曾偉宏.摩擦力做功與產(chǎn)生熱能的關(guān)系在解題中的應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討：中學(xué)生版高三卷，2003，（2）.

[4]田利云.公式“Q=f·S_（相對(duì)）”與一類摩擦生熱問題[J].數(shù)理天地：高中版，2002，（2）.

[5]朱佩新.對(duì)摩擦力作功與摩擦生熱的量度的認(rèn)識(shí)[J].廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1995，（2）.

（作者單位：江西省吉安市永新第二中學(xué)）