🐝 蜜蜂专属复习资料
动能定理
$$W_{合} = \Delta E_k = \frac{1}{2}mv_2^2 - \frac{1}{2}mv_1^2$$
合外力做的功 = 动能的变化量
不管力多复杂、路径多弯曲,只看初末状态就够了!🐝

动能定理的优势

  • 不需要知道加速度
  • 不需要知道运动时间
  • 变力做功也能搞定
  • 只关注初末状态
⚠️

使用注意事项

  • $W$ 是合外力做的功
  • 各力做功代数求和
  • 位移用对地位移
  • 正负号要仔细判断
🐝

蜜蜂解题口诀

  • 受力分析不能少
  • 各力做功逐个算
  • 代数求和等动能差
  • 初末状态是关键

五大题型一览

01 基本应用 恒力做功比较
02 变力做功 反求变力功
03 多过程 全程法优先
04 曲线运动 平抛+圆周
05 图像传送带 面积与生热
01

基本应用 · 恒力做功与做功比较

直接套公式,关键在于受力分析和各力做功的代数求和

🐝 蜜蜂秒杀技巧
1受力分析:把所有力都找出来(重力、支持力、拉力、摩擦力……),一个都不能漏!
2逐力算功:$W = Fs\cos\theta$,垂直位移的力做功为零(比如支持力、向心力)
3代数求和:$W_{合} = W_1 + W_2 + \cdots$,正负号要看清楚!
4套公式:$W_{合} = \frac{1}{2}mv_2^2 - \frac{1}{2}mv_1^2$,解出目标量
🍯 蜜蜂小贴士:动能定理里的 $W$ 必须是合外力做的功,不是某一个力!如果题目问"某力做的功",要先用动能定理求出合力做的功,再减去其他已知力的功。
核心公式 $W_{合} = \Delta E_k$,其中 $W_{合} = W_{F} + W_{f} + W_{G} + \cdots$(代数和)
题型一 ★★☆
例1 · 水平拉力做功比较(形成性练习 题1)
一物体静止在粗糙水平面上,现用一大小为 $F_1$ 的水平拉力拉动物体,经过一段时间后其速度为 $v_1$。若将水平拉力的大小改为 $F_2$,物体从静止开始经过同样的时间后速度变为 $2v_1$。对于上述两个过程,用 $W_{F_1}$、$W_{F_2}$ 分别表示拉力 $F_1$、$F_2$ 所做的功,$W_{f_1}$、$W_{f_2}$ 分别表示两次克服摩擦力所做的功,则
📐 情境图
过程一:拉力 F₁,末速度 v₁
v₀=0
时间 t
f₁←
m
→F₁
v₁
动能定理(过程一)
$W_{F_1} - W_{f_1} = \frac{1}{2}mv_1^2 - 0 = \frac{1}{2}mv_1^2$  ①
过程二:拉力 F₂,末速度 2v₁
v₀=0
时间 t(相同)
f₂←
m
→F₂
2v₁
动能定理(过程二)
$W_{F_2} - W_{f_2} = \frac{1}{2}m(2v_1)^2 = 4 \times \frac{1}{2}mv_1^2$  ②
由于末速度更大,位移更大,故 $W_{f_2} > W_{f_1}$(摩擦力相同,位移更大)
② - ① 得:$W_{F_2} - W_{F_1} > 3 \times \frac{1}{2}mv_1^2$,即 $W_{F_2} > 4W_{F_1}$
A. $W_{F_2}>4W_{F_1}$,$W_{f_2}>2W_{f_1}$
B. $W_{F_2}>4W_{F_1}$,$W_{f_2}=2W_{f_1}$
C. $W_{F_2}<4W_{F_1}$,$W_{f_2}=2W_{f_1}$ ✓
D. $W_{F_2}<4W_{F_1}$,$W_{f_2}<2W_{f_1}$
关键两次时间相同,但加速度不同($F_2$ 更大),所以位移之比不是 1:2。用冲量定理:$F_1 t - f t = mv_1$,$F_2 t - f t = 2mv_1$,得 $F_2 - F_1 = mv_1/t$,$F_2 > F_1$。
摩擦力两次摩擦力大小相同(同一物体,同一地面),$f_1 = f_2 = f$。位移 $s_2 > 2s_1$(加速度更大,时间相同,位移更大),故 $W_{f_2} = fs_2 > 2fs_1 = 2W_{f_1}$。
答案选 C:$W_{F_2} < 4W_{F_1}$(因为 $W_{f_2} > 2W_{f_1}$,从②-①可推出),$W_{f_2} = 2W_{f_1}$……实际上需仔细计算,答案选 C。
🐝 蜜蜂总结:时间相同 ≠ 位移相同!末速度翻倍,动能变为 4 倍,但摩擦力做的功要单独分析位移关系,不能想当然地说"也翻倍"。
题型一 ★☆☆
例2 · 三车制动距离之比(形成性练习 题8)
甲、乙、丙三辆汽车的质量之比是 $1:2:3$,如果它们的动能相等,且轮胎与水平地面之间的动摩擦因数都相等,则它们关闭发动机后滑行距离之比是多少?
📐 情境图

m
甲 🚗
s₁(最长)

2m
乙 🚙
s₂(居中)

3m
丙 🚕
s₃(最短)
对每辆车用动能定理:$-\mu mg \cdot s = 0 - E_k$
解得:$s = \dfrac{E_k}{\mu mg}$,动能相同,$\mu$ 相同
所以 $s \propto \dfrac{1}{m}$,质量越大,滑行越短!
s₁ : s₂ : s₃ = 6 : 3 : 2
建模关闭发动机后,只有摩擦力做功(支持力和重力垂直位移,不做功)。
列式$-\mu m_i g \cdot s_i = 0 - E_k$,得 $s_i = \dfrac{E_k}{\mu m_i g}$
比较$s_1 : s_2 : s_3 = \dfrac{1}{m} : \dfrac{1}{2m} : \dfrac{1}{3m} = 1 : \dfrac{1}{2} : \dfrac{1}{3} = 6 : 3 : 2$
🐝 蜜蜂总结:动能相同时,质量越大的车反而滑行越短!因为质量大,摩擦力也大,制动力更强。这是个反直觉的结论,用动能定理秒杀!
02

变力做功 · 动能定理的"杀手锏"

变力做功无法直接用 $W=Fs$ 计算,但动能定理可以绕过它!

🐝 蜜蜂秒杀技巧
1识别变力:弹力、摩擦力随位置变化、绳的拉力随角度变化……这些都是变力,不能直接用 $W=Fs$。
2反向思维:$W_{变} = \Delta E_k - W_{已知恒力}$,用动能定理"反求"变力做的功。
3转台类题:转台对物块做的功 = 物块动能变化 - 重力做功(水平转台重力不做功)。
🍯 蜜蜂小贴士:变力做功是动能定理最强大的应用场景!遇到"求某个变力做的功",第一反应就是用动能定理反推,这是高考常考的"逆向思维"题型。
核心策略 $W_{变} = \Delta E_k - W_{其他已知力}$,用已知量反求变力做的功
题型二 ★★☆
例3 · 踢皮球——求人对球做的功(专题课 题1)
一人用脚踢质量为 $1\,\text{kg}$ 的皮球,使球以 $10\,\text{m/s}$ 的速度飞出,假设人踢球的平均作用力是 $200\,\text{N}$,球在水平方向运动了 $20\,\text{m}$ 后停止,那么人对球所做的功为多少?
📐 情境图
🦵
v₀=10 m/s 踢出瞬间
f(摩擦力)
s = 20 m 🛑
⚠️ 注意:这道题不是直接求踢球时做的功!
题目给的 F=200N 是干扰信息!
对滑行过程用动能定理:$W_f = 0 - \frac{1}{2}mv_0^2$
$W_f = -\frac{1}{2}\times1\times100 = -50\,\text{J}$
∴ 人对球做的功 = 50 J(选 A)
A. 50 J ✓
B. 500 J
C. 4000 J
D. 无法确定
陷阱很多同学会用 $W = F \cdot s = 200 \times 20 = 4000\,\text{J}$,这是错的!$F=200\,\text{N}$ 是踢球时的力,$s=20\,\text{m}$ 是滑行距离,两者不在同一过程!
正确思路对滑行过程(初速 $v_0=10\,\text{m/s}$,末速 $0$)用动能定理:$W_f = \Delta E_k = 0 - \frac{1}{2}mv_0^2 = -50\,\text{J}$
结论由能量守恒(踢球过程):人对球做的功 = 球获得的动能 = $\frac{1}{2}mv_0^2 = 50\,\text{J}$
🐝 蜜蜂总结:这道题是经典的"信息干扰"题!$F=200\,\text{N}$ 完全是多余条件。人对球做的功 = 球的初动能,直接用能量关系秒杀,不要被 $F$ 带偏!
题型二 ★★★
例4 · 转台物块——求转台对物块做的功(专题课 题2)
如图,水平转台上有一质量为 $m$ 的物块(可视为质点),物块与竖直转轴间距为 $R$,物块与转台间动摩擦因数为 $\mu$,且最大静摩擦力等于滑动摩擦力。现让物块始终随转台一起由静止开始缓慢加速转动,加速到角速度为 $\omega$ 时,转台对物块做的功为多少?
📐 情境图(俯视图)
O
m
R
ω↻
俯视图
关键分析
物块做圆周运动,末速度:$v = \omega R$
末动能:$E_k = \frac{1}{2}m(\omega R)^2 = \frac{1}{2}m\omega^2 R^2$
水平转台,重力不做功
转台对物块做的功 = 摩擦力做的功
(摩擦力是变力,不能直接算!)
用动能定理:$W_{转台} = \Delta E_k$
$W_{转台} = \frac{1}{2}m\omega^2 R^2$
分析物块随转台转动,转台通过摩擦力对物块做功。摩擦力的方向随转动不断变化,是变力,无法直接用 $W=Fs$ 计算。
动能定理初始静止,末态速度 $v=\omega R$。水平面上重力不做功,支持力不做功,只有转台(摩擦力)做功。$W_{转台} = \frac{1}{2}mv^2 - 0 = \frac{1}{2}m\omega^2 R^2$
注意选项中有 $\frac{kmgR}{2}$ 等,这些是错误的。正确答案是 $\frac{m\omega^2 R^2}{2}$,与 $\mu$、$k$ 无关!
🐝 蜜蜂总结:转台题的精髓——摩擦力方向不断变化,是变力,但动能定理不关心力的方向变化,只看初末动能!直接 $W = \Delta E_k = \frac{1}{2}m\omega^2R^2$,一步到位。
03

多过程问题 · 全程法 vs 分段法

多个连续过程,优先考虑全程法,只看初末状态!

🐝 蜜蜂秒杀技巧
1全程法优先:只关注整个过程的初态和末态,中间过程不管!$W_{合(全程)} = E_{k末} - E_{k初}$
2什么时候用分段法:需要求中间某个状态的速度,或者各段摩擦因数不同时,才分段处理。
3多体问题:对整体用动能定理时,内力做功之和为零(绳子连接的系统),可以大幅简化。
🍯 蜜蜂小贴士:全程法是"懒人神器"!不管中间经过几段斜面、几段水平面,只要摩擦力做的功能算出来,直接一个方程搞定。遇到多过程题,先想全程法!
全程法 $W_{重力(全程)} + W_{摩擦(全程)} + \cdots = E_{k末} - E_{k初}$,只看头尾!
题型三 ★★★
例5 · 滑草场——甲最终停在哪里?(高中物理必修二 题7)
某景点的滑草场有两个坡度不同的滑道 AB 和 AB'(均可看作斜面),甲、乙两名质量相等的游客分别乘两个完全相同的滑草装置从 A 点由静止分别沿 AB 和 AB' 滑下,最后都停在水平草面上,其中乙停在了 C 点处。设滑草装置和草面间的动摩擦因数处处相同,斜面与水平面连接处均可认为是圆滑的,滑草者保持相同的姿势坐在滑草装置上不动,则甲最终停在哪里?
📐 情境图
A
B
B'
C(乙停)
甲停?
甲(AB陡)
乙(AB'缓)
h
全程法: 初末均静止 → mgh = μmg·s → s = h/μ(与坡度无关!) ∴ 甲乙总路程相同,甲在C点右侧!
A. C 点的左侧
B. C 点处
C. C 点的右侧 ✓
D. 条件不足,无法判断
全程法对甲(或乙)的全程用动能定理:初末均静止,$\Delta E_k = 0$。$W_{重力} + W_{摩擦} = 0$,即 $mgh - \mu mg \cdot s_{总} = 0$,得 $s_{总} = \frac{h}{\mu}$。
关键$s_{总}$ 是总路程(斜面路程 + 水平路程),与坡度无关!但甲走的斜面更陡,斜面路程更短,所以水平路程更长,甲停在 C 点右侧。
答案选 C。甲的水平滑行距离 = $\frac{h}{\mu} - L_{AB}$,乙的水平滑行距离 = $\frac{h}{\mu} - L_{AB'}$,因为 $L_{AB} < L_{AB'}$,所以甲的水平距离更长,停在 C 右侧。
🐝 蜜蜂总结:全程法的精髓——初末都静止,$\Delta E_k = 0$,重力做的功 = 克服摩擦力做的功,总路程只与高度 $h$ 和 $\mu$ 有关,与坡度完全无关!
题型三 ★★★
例6 · 拍篮球——分段求拍球力(能力提升 题11)
一篮球质量为 $m=0.60\,\text{kg}$,一运动员使其从距地面高度 $h_1=1.8\,\text{m}$ 处由静止自由落下,反弹高度 $h_2=1.2\,\text{m}$。若使篮球从距地面 $h_3=1.5\,\text{m}$ 的高度由静止下落,并在开始下落的同时向下拍球,球落地后反弹的高度也是 $1.5\,\text{m}$。假设运动员拍球时对球的作用力为恒力,作用时间 $t=0.20\,\text{s}$。该篮球每次与地面碰撞前后的动能之比不变。$g$ 取 $10\,\text{m/s}^2$,不计空气阻力。求运动员拍球过程中对篮球所做的功。
📐 情境图
过程一:自由落下+反弹
🏀
h₁=1.8m
h₂=1.2m
碰地前动能:$E_1 = mgh_1$
碰地后动能:$E_2 = mgh_2$
动能比:$E_2/E_1 = h_2/h_1 = 2/3$
过程二:拍球下落+反弹
🏀
h₃=1.5m
h₃=1.5m
反弹高度=下落高度
碰地后动能:$E_4 = mgh_3$
碰地前动能:$E_3 = \frac{3}{2}E_4 = \frac{3}{2}mgh_3$
第一步由过程一求碰撞动能比:碰前 $E_1 = mgh_1 = 0.6\times10\times1.8 = 10.8\,\text{J}$,碰后 $E_2 = mgh_2 = 7.2\,\text{J}$,比值 $k = E_2/E_1 = 2/3$。
第二步过程二中,反弹高度 $h_3=1.5\,\text{m}$,碰后动能 $E_4 = mgh_3 = 9\,\text{J}$,碰前动能 $E_3 = E_4/k = 9 \div (2/3) = 13.5\,\text{J}$。
第三步对拍球下落全过程用动能定理(初态静止,末态碰地前):$W_{拍} + mgh_3 = E_3 - 0$,$W_{拍} = 13.5 - 9 = 4.5\,\text{J}$。
🐝 蜜蜂总结:多过程题的关键是找"不变量"——碰撞动能比 $k$ 不变,这是连接两个过程的桥梁。然后对拍球下落过程用动能定理,一步求出拍球做的功!
04

曲线运动 · 平抛与圆周运动

不需要分解速度,直接用动能定理求速度大小!

🐝 蜜蜂秒杀技巧
1平抛运动:只有重力做功,$mgh = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv_0^2$,直接求末速度大小,比分解速度快 10 倍!
2圆周运动:先用动能定理求各点速度,再用牛顿第二定律列向心力方程,两步走。
3临界条件:绳模型最高点 $v_{min} = \sqrt{gR}$(绳子张力为零);杆模型 $v_{min} = 0$(杆可以推也可以拉)。
🍯 蜜蜂小贴士:平抛运动用动能定理,直接得到速度大小,不需要分别求水平和竖直分速度再合成,省时省力!曲线运动中动能定理只关心速度大小的变化,方向变化不影响。
平抛公式 $mgh = \frac{1}{2}mv^2 - \frac{1}{2}mv_0^2$,只有重力做功,$h$ 为下落高度
题型四 ★★☆
例7 · 投手榴弹——平抛运动中的动能定理(综合提升练 题8)
长征途中,为了突破敌方关隘,战士爬上陡峭的山头,居高临下向敌方工事内投掷手榴弹,战士在同一位置先后投出甲、乙两颗质量均为 $m$ 的手榴弹,手榴弹从投出的位置到落地点的高度差为 $h$,在空中的运动可视为平抛运动,重力加速度为 $g$,不计空气阻力。下列说法正确的有哪些?
📐 情境图
投出点(高度h)
甲(v₀大)
乙(v₀小)
h
工事(地面)
🎯
动能定理: 落地动能 = ½mv₀² + mgh(与 v₀ 有关!) ❌ 甲乙落地动能不同 ✅ 重力势能均减少 mgh
A. 甲、乙在空中的运动时间相等
B. 两手榴弹在落地前瞬间,重力的功率不相等
C. 从投出到落地,每颗手榴弹的重力势能都减少 $mgh$ ✓
D. 从投出到落地,每颗手榴弹的机械能变化量为 $mgh$ ✗(不计空气阻力,机械能守恒,变化量为0)
A 错甲乙初速度大小不同,平抛的水平速度不同,但竖直方向都是自由落体,下落高度 $h$ 相同,所以运动时间相同。A 说"相等"——等等,A 是正确的!$t = \sqrt{2h/g}$,与初速度无关。
B 分析落地前瞬间竖直速度 $v_y = gt$,两者相同。重力功率 $P = mgv_y$,两者相同。B 说"不相等"是错的。
C 正确重力势能变化只与高度差有关,$\Delta E_p = mgh$,与初速度无关。C 正确。
D 分析不计空气阻力,只有重力做功,机械能守恒,变化量为 0,不是 $mgh$。D 错。
🐝 蜜蜂总结:平抛运动中,重力势能变化 $= mgh$(只与高度差有关),不计空气阻力时机械能守恒(变化量为0)。用动能定理可以快速求落地速度大小:$v = \sqrt{v_0^2 + 2gh}$。
题型四 ★★★
例8 · 斜面+圆弧+传送带综合大题(高中物理必修二 题10)
如图,竖直平面内一倾角为 $\theta=37°$ 的粗糙倾斜直轨道 AB 与光滑圆弧轨道 BC 相切于 B 点,圆弧轨道与传送带水平段平顺连接于 C 点。一质量为 $m=200\,\text{g}$ 的小滑块从 A 点由静止被释放,经 B 点,最后从 C 点水平滑上传送带。已知 A 点离地高度 $H=1.15\,\text{m}$,AB 长 $L_1=1.0\,\text{m}$,滑块与 AB 间的动摩擦因数 $\mu_1=0.25$,与传送带间的动摩擦因数 $\mu_2=0.20$,CD 长 $L_2=3.0\,\text{m}$,圆弧轨道半径 $R=0.5\,\text{m}$。$g$ 取 $10\,\text{N/kg}$。
求:(1) 小滑块经过 C 点时对轨道的压力;
📐 情境图:斜面 + 圆弧 + 传送带 + 平抛
A
B
C
→ 传送带
D
H=1.15m
θ=37°
AB段: $L_1=1.0\,\text{m}$,$\mu_1=0.25$ 圆弧BC: $R=0.5\,\text{m}$(光滑) 传送带CD: $L_2=3.0\,\text{m}$,$\mu_2=0.20$ $m=200\,\text{g}$,$H=1.15\,\text{m}$
A→C动能定理圆弧光滑,只有 AB 段有摩擦。$W_{重} + W_{摩} = \frac{1}{2}mv_C^2$
$mgH - \mu_1 mg\cos\theta \cdot L_1 = \frac{1}{2}mv_C^2$
$0.2\times10\times1.15 - 0.25\times0.2\times10\times0.8\times1.0 = \frac{1}{2}\times0.2\times v_C^2$
$2.3 - 0.4 = 0.1v_C^2$,$v_C^2 = 19\,\text{m}^2/\text{s}^2$
C点向心力C 点是圆弧最低点,向心加速度向上:$N - mg = \frac{mv_C^2}{R}$
$N = mg + \frac{mv_C^2}{R} = 0.2\times10 + \frac{0.2\times19}{0.5} = 2 + 7.6 = 9.6\,\text{N}$
答案由牛顿第三定律,滑块对轨道的压力为 $9.6\,\text{N}$,方向竖直向下。
🐝 蜜蜂总结:综合大题的标准解法——先用动能定理求各关键点速度,再用牛顿定律求力。A→C 全程用动能定理,圆弧光滑不用管,只算 AB 段摩擦力做的功。
05

图像与传送带 · 面积=功,生热≠做功

图像题读面积,传送带题严格区分对地位移和相对位移!

🐝 蜜蜂秒杀技巧
1F-x 图像:图线与 x 轴围成的面积 = 力做的功。梯形、三角形、矩形面积公式要熟练!
2Eₖ-x 图像:图线的斜率 = 合外力大小($\frac{dE_k}{dx} = F_{合}$)。
3传送带做功:摩擦力对物块做的功 = $f \times s_{物块对地位移}$(用对地位移!)
4传送带生热:摩擦产生的热量 = $f \times s_{相对位移}$(用相对滑动距离!)
🍯 蜜蜂小贴士:传送带题最容易混淆"做功"和"生热"!做功用对地位移,生热用相对位移(即留下的痕迹长度)。这两个量一般不相等,千万不要搞混!
核心区别 做功:$W_f = f \cdot s_{物}$(对地)  |  生热:$Q = f \cdot \Delta s$(相对位移)
题型五 ★★☆
例9 · F-x 图像——求物体运动情况(专题课 题5)
质量为 $1\,\text{kg}$ 的物体静止在粗糙的水平地面上,在一水平外力 $F$ 的作用下运动,如图甲所示,运动 $9\,\text{m}$ 后 $F$ 停止作用,外力 $F$ 和物体克服摩擦力 $F_f$ 做的功与物体位移的关系如图乙所示。$g$ 取 $10\,\text{m/s}^2$,求物体在前 $3\,\text{m}$ 运动过程中的加速度。
📐 W-x 图像分析
x/m W/J 3 6 9 12 10 20 30 40 W_F W_f 面积=W_F做的功
🔵 W_F 折线(蓝色)
斜率不断增大 → F 逐渐增大
前3m面积(三角形)= $\frac{1}{2}\times3\times F_1 = 20\,\text{J}$
→ $F_1 \approx 13.3\,\text{N}$
🔴 W_f 直线(红色)
斜率恒定 → f 为恒力
$x=9\,\text{m}$ 时 $W_f=9\,\text{J}$
→ $f = 1\,\text{N}$,$\mu=0.1$
⚡ 求前3m加速度: $a = \dfrac{F_1 - f}{m} = \dfrac{13.3 - 1}{1} \approx 12.3\,\text{m/s}^2$(以题目图像实际读数为准)
读图$W_f$-$x$ 图像是过原点的直线,斜率 = 摩擦力 $f$。从图读出 $x=9\,\text{m}$ 时 $W_f=9\,\text{J}$,故 $f = 1\,\text{N}$,$\mu = f/(mg) = 0.1$。
求F$W_F$-$x$ 图像中,前 $3\,\text{m}$ 的面积(三角形)= $\frac{1}{2} \times 3 \times F_1 = 20\,\text{J}$(从图读取),得 $F_1 = 40/3\,\text{N}$。
求a$a = \frac{F_1 - f}{m} = \frac{40/3 - 1}{1} = \frac{37}{3} \approx 12.3\,\text{m/s}^2$(具体数值以题目图像为准)。
🐝 蜜蜂总结:$F$-$x$ 图像的面积 = 功,$W_f$-$x$ 图像的斜率 = 摩擦力。先从图像中提取物理量,再代入动能定理或牛顿定律,是图像题的标准套路。
题型五 ★★★
例10 · 传送带留痕——做功 vs 生热(能力提升 题12)
如图,用水平传送带将质量为 $m$ 的煤块从 A 端运送到 B 端。AB 之间的距离为 $L$,传送带始终保持以速率 $v$ 匀速运动,煤块与传送带间的动摩擦因数为 $\mu$。将煤块轻轻放在传送带上后,煤块在传送带上留下一段长度为 $l$($l < L$)的痕迹。下列说法不正确的是(  )
📐 情境图
v→
A
B
煤m
痕迹长度 l
← L →
阶段一:加速(有相对滑动)
煤块速度:$0 \to v$
摩擦力方向:→(与运动同向)
摩擦力做正功
留下痕迹长度:$l$
阶段二:匀速(无相对滑动)
煤块速度:$v$(与传送带同速)
静摩擦力(或无摩擦力)
不再产生新痕迹
摩擦力对煤块做的功
$W_f = \mu mg \cdot s_{煤} = \mu mg \cdot \frac{v^2}{2\mu g} = \frac{1}{2}mv^2$
摩擦产生的热量
$Q = \mu mg \cdot l$(相对位移 = 痕迹长度 $l$)
摩擦力对煤块做的功(另一种写法)
$W_f = \mu mg \cdot (L - \frac{l}{2})$(不是 $\mu mg(L+l)$!)
A 错误:摩擦力对煤块做的功应为 $\frac{1}{2}mv^2$,不是 $\mu mg(L+l)$
A. 摩擦力对煤块做的功为 $\mu mg(L+l)$ ← 不正确!
B. 摩擦力对煤块做的功为 $\mu mgl$ ← 也不对,正确答案是 $\frac{1}{2}mv^2$
C. 煤块与传送带因摩擦产生的热量为 $\mu mgl$ ✓
D. 煤块与传送带因摩擦产生的热量为 $\frac{1}{2}mv^2$ ← 不正确
做功分析加速阶段,摩擦力 $f=\mu mg$ 对煤块做正功。煤块位移 $s_{煤} = \frac{v^2}{2\mu g}$(由运动学求得)。$W_f = \mu mg \cdot s_{煤} = \frac{1}{2}mv^2$。匀速阶段无相对滑动,静摩擦力做功为零(水平匀速)。
生热分析只有加速阶段有相对滑动,相对位移 = 传送带位移 - 煤块位移 = 痕迹长度 $l$。$Q = \mu mg \cdot l$。
答案A 不正确($\mu mg(L+l)$ 是错的);C 正确($Q = \mu mgl$)。选 A 和 D。
🐝 蜜蜂总结:传送带题的核心区别——做功用对地位移(煤块走了多远),生热用相对位移(痕迹有多长)。这两个量不相等,是高考必考的易错点!