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内能转化问题一个速度为V的传送带上 轻轻放一个小木块 小木块初速为0.由于摩擦力的作用,小木块做加速运动 直至速度达到V

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/21 10:48:47
内能转化问题
一个速度为V的传送带上 轻轻放一个小木块 小木块初速为0.由于摩擦力的作用,小木块做加速运动 直至速度达到V,与传送带一起运动.若以小木块为研究对象 ,根据动能定理,摩擦力对小木块做的功 转化为小木块的动能 那么 根据常识 木块的内能也会增加 ,那么这个内能是怎么来的呢?计算的时候摩擦力做的功不都转化为动能了么?
楼主的问题很有思想深度,但必须做出正确的分析才能升华.
楼上诸位的回答都有一定道理,但都未能直击本质.
如果你把物体看作由质点(质点无热运动)构成,这样的物体运动才是真正的机械运动.即机械运动中不存在摩擦生热的概念.只有忽略实际存在的摩擦生热,这样才能有机械能守恒的成立(当然如果问题不涉及摩擦力做功,机械能守恒仍然成立,因内能不会变化).
但实际上任何物体都不是由质点构成,而是由存在热运动的分子构成.如果机械运动中涉及摩擦力做功,那么机械能守恒不再成立,因为有了内能变化.这样的运动自然就不能再叫作简单的机械运动.涉及内能改变的过程唯一适用,并任何情形都适用的只能是能量转化及守恒原理(如果你要从能量转换的角度来考虑问题).
需要注意的是:动能定理在有摩擦力做功的情况下仍然适用.这里有一对极易混淆的概念,就是功和能.能是物体所具有的一种“东西”,例如物体有内能和动能;功是物体在某一过程中释放的能量中的一种(另一种叫热量).我们不能说物体有多少功,只能说物体对外(或外界对物体)做了多少功.
做功是能量转化的桥梁.重力做功使物体的势能变为动能.重力做功和势能下降是对同一现象的不同侧面的两种描述.这两种描述是等价的,我们在考虑问题的时候要么用重力做功要么用势能下降,而不能把两个都算在内,两个都算是重复计算!从功、能转换的角度,你可以说重力做功等于势能的下降,或者说重力做功等于物体动能的增加.你也可以从能量转换的角度说,势能的下降等于动能的上升.但你不可以说,重力做功既用于势能的下降又用于动能的上升,或重力做功等于势能的下降与动能的上升之和.
有了这样的理解,问题中的疑惑就豁然开朗了:原来摩擦力做功的效果就是使动能转化为内能(以皮带为参照系,物体刚放下时有很大的动能,与皮带同步运动时动能为零),正如重力做功的效果就是将势能装化为动能.
在问题中有:摩擦力做功(取正值)=木块动能的下降(以皮带为参考系)=木块及周围环境内能的上升.
但如果我们以地面为参考系,又会怎样呢,据上面的讨论,有:摩擦力做功=木块动能的上升=木块及周围环境内能的上升.
嘿,到了这里,出现了不可调和的矛盾:木块动能增大内能也增大,似乎内能增大的原因并不是动能转化而来.
为什么两种参考系会出现不同的结论呢?其实这正是经典力学本身不可调和的矛盾(在纯机械运动中是不会出现这一矛盾的).
根本原因在于:内能的改变与参考系无关,是绝对的.而对于动能其大小有赖于参考系的选择,是相对的.我们必须找到一个优越的参考系才能使我们的结论正确,即符合实际.
该例中的皮带就是优越参考系.那么选什么样的参考系才是正确的呢?这个选择取决于我们的经验(能够解释得通的就是优越的),明显带有主观色彩.爱因斯坦从根本上否定了优越参考系的存在,他认为任何的惯性参考系(彼此间无加速度)都是平等的,不存在优劣之分,并在这一基础上改造了经典力学,导致了狭义相对论的诞生.在相对论的框架下,就不会出现上面的矛盾了.
不过在遇到这类问题(在低速下)时,如果我们能找到一个优越参考系,结论同样正确.
电动机带动水平传送带以速度v匀速运动,以质量为m的小木块由静止放在传送带上,若小木块域传送带之间的 电机带动水平传送带以速度v匀速转动,一质量为m的小木块由静止放在传送带上(传送带足够长)若小木块与传送带之间动磨察因数为 在光滑的水平面上有一平板小车,M正以速度v向右运动.现将一质量为m的小块无初速地放在小车上.由于木块和小车间的摩擦力的作 如图所示,在光滑水平面上,质量为 M 的小车正以速度v 向右运动,现将一质量为m的木块无初速地放上小车,由于木块和小车间 电机带动水平传送带以速度v匀速运动,一 质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ,当小 电动机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小物块A由静止轻放在传送带上,到小木块与传送带相对 电机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上,若小木块与传送带之间的动摩擦因数为μ,如图所 水平传送带匀速运动,速度大小为v,现将一个小工件轻轻放在传送带上,它将在传送带上滑动一小 水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小物块A由静止轻放在传送带上,如图所示,在小木块与传送带相对静止时,系统转化为内 电机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上(传送带足够长),若小木块与传送带之间的动摩擦 电机带动水平传送带以速度v匀速传动,一质量为m的小木块由静止轻放在传送带上(传送带足够长 ),若小木块与传送带之间的动摩 如图所示在光滑的水平面上有一平板小车M正以速度v向右运动.现将一质量为m的木块无初速度放上小车,由于木块和小车间的摩擦力