摩擦力做功和能量转化 专题作业-2026-2027学年高一下学期物理人教版必修第二册

一、作品基础信息 项目 填写内容 作品名称 摩擦力做功和能量的转化专题 学段学科 高中物理 适用年级 高三年级 教材版本 人教版 对应内容 必修第二册：摩擦力做功和能量的转化专题 作业类型 单元作业 完成时长 总时长45分钟 设计者 张福林 二、设计背景与意图 1. 课标与教材分析 · 课标要求： 1. 物理观念：复习静摩擦力和滑动摩擦力和做功的概念，理解摩擦力做功引起对应能量的转化，知道滑动摩擦力做功是机械能量转化为内能的方式，能够理解在传送带模型和滑块-木板模型中的滑动摩擦力做功实现系统机械能转化和为内能并理解能量的总量是不变的，形成能量观念，并能应用能量观来分析和解决相关问题。从机械能转化和守恒的视角分析物理问题，明确摩擦力作为阻力做负功时，会将系统的部分机械能转化为内能等其他形式的能量，深化对能量守恒定律的理解，形成完整的物理能量观念 。 2. 科学思维：从摩擦力的受力方向、物体运动状态出发，通过‌演绎推理‌推导出滑动摩擦力可做正功、负功或不做功，静摩擦力同样存在三种做功情况，打破“摩擦力一定做负功”的直觉错误认知 。从功能关系的角度佐证系统克服滑动摩擦力做功是引起系统机械能转化成内能，强化对功能关系的理解。 3. 通过逻辑推导得出：能清楚地认识摩擦力做功情况，一对静摩擦力的总功恒为零，仅实现系统内机械能的转移；一对滑动摩擦力的总功恒为负值，对应系统向内能的转化，完成从受力到能量的跨维度逻辑闭环 。 4. 科学态度与责任：了解生产生活中机械能、功和能量应用的实例，并能利用功和能量的关系和机械能及能量守恒定律分析解决相关问题，认识物理对生产生活的价值，养成严谨规范书写、理性分析问题的习惯。 · 需达成的学业质量标准： 1、 会计算摩擦力做功，知道静摩擦力可以不做功，可以做正功或负功；知道滑动摩擦力可以不做功，也可以做正功或负功，并能列举相关的例子。 2、会证明静摩擦力对系统做功的代数和为零，不会引起系统机械能的转化，只能通过静摩擦力做使机械能从一个物体转移到另一个物体上；会证明滑动摩擦力做的代数和不为零，会引导系统机械能转化为内能； 3、在陌生、综合性真实情境中，自主建构模型，综合力学、能量规律开展多步推理；能对多种解决方案进行评估论证。 · 教材地位：人教版2019版教材在‌必修第一册第三章“相互作用”‌中先完整讲解静摩擦力、滑动摩擦力的基本概念、产生条件和方向判断，为后续做功分析打下受力分析基础。在‌必修第二册第八章“机械能守恒定律”‌的“功与功率”、“功能关系”板块中，正式引入单个物体的摩擦力做功计算，随后通过拓展专题、章末习题，延伸讲解一对相互作用的摩擦力的做功特点。该知识点在选择性必修的动量、电磁感应板块中，会作为经典模型的核心分析要素反复出现，贯穿整个高中力学主线。它是对“功的定义”的深度拓展应用，打破了学生此前“力做功要么全正、要么全负”的单一认知，明确摩擦力既可以做正功、负功，也可以不做功。它是区分“单物体动能定理”和“系统能量守恒”的关键分界点：单个摩擦力做功改变物体的动能，而一对相互作用的滑动摩擦力的总功，直接对应系统机械能向内能的转化，是理解“非保守力耗散能量”的核心载体。一对静摩擦力总功为零、仅实现机械能在物体间转移的特点，也帮助学生完整建立起“不同力做功对应不同能量转化”的功能关系框架。 · 教学重难点： 重点：知道静摩擦力可以不做功，可以做正功，可以做负功，并能列举相应例子；知道滑动摩擦力可以不做功，可以做正功，可以做负做；知道一对相互作用的静摩擦力对系统做的总功为零，引起机械能的转移，但不消耗系统的机械能，一对相互作用的滑动摩擦力对系统做的总功为负，使得系统机械能转化为内能。 2. 学情分析 维度 具体描述 已有基础 力学受力分析、牛顿运动定律、摩擦力做功的计算、功能关系、能量守恒定律知识；具备受力分析、利用功能关系分析能量转化、理解摩擦力做功和能量的转移和转化过程，建立简单物理模型的基本技能。 现有困惑 对摩擦力做功认识不会，比如会有学生认为静摩擦力不做功、滑动摩擦力必须做功、滑动摩擦力做正功，它的把作用力必须做功等；对摩擦力做功和对应能量的转化过程不理解。 差异分析 班级学生大致分为三层：基础薄弱学生约占30%，概念理解不扎实，存在不会判断是否有摩擦力和摩擦力方向，不清楚摩擦力做功情况，需要基础巩固类任务，落实基础概念辨析，达成学业合格要求；中等水平学生约占60%，基础知识基本掌握，能够分析摩擦力是否存在、摩擦力的方向和大小的计算，对摩擦力做功有些认识但不够全面，综合推理论证薄弱，需增加变式训练，突破对摩擦力做功的认识，对相互作用的摩擦力做功情况不清楚，对应的能量转化理解不透，力争达到水平3；拔尖学生约占10%，常规题型掌握较好，需要综合性、陌生情境拓展习题，训练模型迁移与多角度论证，能够证明相互作用的静摩擦力做功不引起系统机械能耗散，相互作用的滑动摩擦力做功将消耗的机械能转化为内能，向学业质量水平4进阶。教学与作业设计需分层设置任务，满足不同层次学生的学习需求。 3. 设计意图：分层巩固摩擦力做功和相互作用的摩擦力做功情况，提升学生的推理论证能力 3、 作业目标：巩固静电场的核心概念，掌握静电场的规律，辨析易混知识，分层落实素养，提升电场问题分析能力。 目标维度 编号 具体目标 对应核心素养 评价证据 知识理解 A 能准确分析摩擦力有无，摩擦力大小和摩擦力方向，会计算静摩擦力和滑动摩擦力做功，能分析总结一对相互作用的静摩擦力和滑动摩擦力做功的代数和与系统机械能的转移和转化关系。 物理观念 概念辨析题（第 1、2、3、4 、5、6、7、8、10、12、14题）正确率；课堂概念复述 能力运用 B 能从功能关系角度推理证明一对相互作用的静摩擦力做与一对相互作用的滑动摩擦力做功的代数和特点，总结滑动摩擦力和它的反作用力做功情况。 科学思维 计算与过程书写（第 3、5、7、8、13、14 题）；方法选用是否恰当 思维发展 C 能从能量转化与守恒的角度和功能关系证明系统损失的机械能和滑动摩擦力对系统做功的代数和相等，认识滑动摩擦力做功是实现机械能转化为摩擦热的方式。 科学思维、科学探究 图像题与综合题（第 11、12、13、14、15 题）得分率；论证思路完整性 情感态度 D 通过对摩擦力作用系统的分析认识，能结合真实情境，体会摩擦力在生产生活与科学研究中的价值，养成规范作图、规范表达的习惯。 科学态度与责任 全卷情境题的作答规范性与卷面质量 四、作业内容与目标对应表 题号 题型 题目概要 对应作业目标编号 设计意图 参考答案/评价要点 1 简答题 摩擦力分析 2 简答题 摩擦力分析 3 简答题 摩擦力分析 4 简答题 摩擦力做功分析 5 简答题 摩擦力做功分析 6 简答题 摩擦力做功分析 7 简答题 摩擦力做功分析 8 简答题 摩擦力做功分析 9 简答题 摩擦力做功分析 10 简答题 摩擦力做功分析 11 简答题 一对相互作用的静摩擦力做功分析 12 简答题 摩擦力做功分析 13 简答题 摩擦力做功分析 14 简答题 摩擦力做功分析 15 简答题 一对相互作用的滑动摩擦力做功分析 16 解答题 木板滑块模型中力和运动关系，摩擦力做功的计算分析，功能关系和能量守恒 17 解答题 木板滑块模型中力和运动关系，摩擦力做功的计算分析，功能关系和能量守恒 18 解答题 传送带模型中力和运动关系，摩擦力做功的计算分析，功能关系和能量守恒 五、作业评价 维度 A（优秀） B（良好） C（待改进） 权重 知识理解 基础题全对，概念精确 少量细节错误 较多基础错误 20% 能力运用 方法恰当，过程清晰，理由充分 方法基本正确 方法不当或缺失 30% 思维发展 观点明确，论证充分，有独创性 表达清楚，欠缺深度 思路混乱，缺乏证据 30% 情感态度 主动投入，积极交流，乐于协作；学习目标明确，能主动反思改进 态度端正，能按要求完成任务；基本参与合作 学习态度消极，被动完成任务，合作意识弱 20% 6、 试题详情 摩擦力做功练习 1、 问答题 1. 静止的物体可以受到滑动摩擦力的作用吗？举例说明 2. 运动的物体可以受到静摩擦力的作用吗？举例说明 3. 摩擦力的方向可以和物体的运动方向相同吗？摩擦力方向和物体的运动方向之间可以成任意角度吗？举例说明 4. 有静摩擦力不做功的情况吗？举例说明 5. 有静摩擦力做正功、做负功的情况吗？分别举例说明 6. 有滑动摩擦力不做功的情况吗？举例说明 7. 有滑动摩擦力做正功、做负功的情况吗？举例说明 8. 一个静摩擦力对物体不做功时，它的反作用力对物体做功吗？ 9. 一个静摩擦力对物体做正功时，它的反作用力对物体做什么功？ 10. 一个静摩擦力对物体做负功时，它的反作用力对物体做什么功？ 11. 一个有静摩擦力作用的系统，静摩擦力对系统做什么功？具有什么意义？ 12. 一个滑动摩擦力对物体做负功时，它的反作用力对物体做什么功？ 13. 一个滑动摩擦力对物体做正功时，它的反作用力对物体做什么功？ 14. 一个滑动摩擦力对物体不做功，它的反作用力可以对物体做正功或做负功吗？ 15. 一个有滑动摩擦力作用的系统，滑动摩擦力对系统做什么功？具有什么意义？ 2． 解答题 16. 如图所示，一个质量为M的木板静止于水平地面上，一个可以视为质点、质量为m物块从木板左端以初速度滑上长木板，经过时间和物块滑到长木板的右端，m与M之间的滑动摩擦因数为，水平地面光滑，重力加速度为。求： （1） .物块和木板的加速度分别是多少？ （2） .物块和木板的位移大小分别是多少？ （3） .摩擦力对物块和木板做的功分别是多少？ （4） .物块和木板机械能的变化量分别是多少？ （5） .物块木板系统变化的机械能与摩擦力做功是什么关系？与摩擦热之间又有什么关系？ 17.如图所示，质量为M的长木板在光滑水平地成上以初速度水平向右滑动，某时刻质量为m的物块以水平向左的初速度从木板右端滑上木板（M>m），物块和木板之间的滑动摩擦因为为，经过一段时间物块滑到木板的左端时恰好不从木板上掉下来，重力加速度为，取初速度大小。试求滑动摩擦力做功和系统损失的机械能。 18.如图甲所示，倾斜传送带与水平面的夹角为，传送带顺时针匀速转动，一个质量为1kg的物块以一定初速度抛上传送带，以此时刻开始计时，物块的速度时间图像如图乙所示，在8s末物块正好到达传送带顶端，重力加速度为。求： （1） 物块与传送带之间的动摩擦因数； （2） 在0到8s时间内物块重力势能的增加量； （3） 滑动摩擦力对物块和传送带做功分别是多少？ （4） 静摩擦力对物块和传送带做功分别是多少？ （5） 物块在传送上的划痕是多长？ （6） 物块与传送带之间产生的摩擦热是多少？ （7） 带动传送带转动的电动机多消耗的电能是多少？ 摩擦力做功练习 解析 1. 答:静止的物体可以受到滑动摩擦力的作用，比如擦在教室里黑板时，静止的黑板受到滑动摩擦力的作用；在黑板上写字时，静止的黑板受到滑动摩擦力的作用；人走路在地面上打滑时，静止的地面受到滑动摩擦力作用等。 2.答：运动的物体可以受到静摩擦力的作用，比如卡车车箱里放着集装箱加速或减速前进时，与卡车一起运动的集装箱受到静摩擦力的作用；老师手握着水杯在教室内走动，水杯受到竖直向上的静摩擦力作用等 。 3.摩擦力的方向可以和物体的运动方向相同，比如放在火车车箱里的密码箱和火车一起加速前进时，与火车一起加速前进的密码箱就受到向前的摩擦力作用，其方向与密码箱的运动方向相同，这也是提供密码箱运动的动力；摩擦力的方向也可以和物体的运动方向成任意的夹角，比如人站在商场的自动台阶式扶梯上和扶梯一起向上加速时，受到静摩擦力的方向与运动方向之间的夹角就是锐角，向上减速时，这个夹角就是钝角；人的手握住水杯在水平面内运动时，水杯受到竖直向上的静摩擦力方向与杯子在水平面内运动方向垂直 等。 4.有，比如手推静止的汽车时，车受到地面的静摩擦力对车不做功，人受到的静摩擦力对人也不做功。 5.有静摩擦力做正功和做负功的情况，比如手握着水杯往上运动时，杯子受到向上的静摩擦力对杯子做正功，向下运动时静摩擦力对杯子做负功。 6.有滑动摩擦力不做功的情况，比如老师在黑板上写字时，黑板受到的滑动摩擦力对黑板不做功。 7.有滑动摩擦力做正功、做负功的情况，比如货物没有初速度地放到运动的传送带上受到与传送带运动方向相同的滑动摩擦力使货物向前加加速运动，此时滑动摩擦力对货物做正功；而滑动摩擦力对传送带做负功。 6.静摩擦力不做功时，它的反作用力也不做功，因为在接触面上没有相对运动。 7.一个静摩擦力对物体做正功时，它的反作用力对相互作用的另一个物体做负功。 8.一个静摩擦力对物体做负功时，它的反作用力对相互作用的另一个物体做正功。 9.一个有静摩擦力作用的系统，静摩擦力对系统做功的代数和总是为零，因为在接触面上没有相对运动，位移大小相同，方向相反，所以静摩擦力做正功时，其反作用力一定做负功，且正功与负功大小相同，两个功的代数和为零。静摩擦力对A物体做正功时，使得A物体的机械能增加，其反作用力同时对B物体做负功，使得B物体机械能减少，物体B减少的机械能转移到A物体上，物体A、B系统的机械能守恒。所以，静摩擦力做功实现了系统内相互作用的物体实现了机械能的转移，不消耗系统的机械能。 10.一个滑动摩擦力对物体做负功时，它的反作用力对相互作用的另一个物体可以做正功，比如集装箱在运动的车箱内相对车箱向滑动时，集装箱受到向后的滑动摩擦力对集装箱做负功，但其反作用力对车箱做正功。 11.一个滑动摩擦力对物体做正功时，它的反作用力对相互作用的另一个物体一定做负功。 12.一个滑动摩擦力对物体不做功，它的反作用力对相互作用的另一个物体做一定做负功。 17. 一个有滑动摩擦力作用的系统，滑动摩擦力对系统做负功，即一对相互作用的滑动摩擦力对相互作用的系统做功的代数和为负，使得系统的机械能减少转化为摩擦热。 3． 解答题 1.如图所示，一个质量为M的木板静止于水平地面上，一个可以视为质点、质量为m物块从木板左端以初速度滑上长木板，经过时间和物块滑到长木板的右端，m与M之间的滑动摩擦因数为，水平地面光滑，重力加速度为。求： 解：（1）.对物块，根据牛顿第二定律有，，得物块的加速度 对木板，根据牛顿第二定律有，，得木板的加速度 （2） .经过时间，物块滑到木板的右端，此时其速度，木板的速度 所以物块的位移为，木板的位移为。 （3） .摩擦力对物块做的功为 摩擦力对木板做的功为 （4） .物块的机械能的变化量等于滑动摩擦力对物体做的负功，即 ，即物块的机械减少了。 木板机械能的变化量等于物块对木板的滑动摩擦力做的功，即 ，即木板的机械能增加。（5）.物块木板系统变化的机械能为 摩擦力对系统做的总功是 从两式可以看出系统减少的机械能与滑动摩擦力对系统做功的代数和相同，从功能关系可以知道，系统通过克服滑动摩擦力做功将机械能转化为摩擦热，所以有 2. 解：由题意可知，物块的加速度为，木板的加速度为，物块在木板上速度减小到零后与反向加速与木板共速，对物块和木板系统，由动量守恒定律，有，得到共速时二者速度为，到共速的时间为，有得到。物块的位移大小为，木板的位移大小为，则摩擦力对系统做的功为。另外，系统损失的机械能为。所以系统损失的机械能和滑动摩擦力对系统做的功相等，根据能量转化与守恒定律可知，通过摩擦力做功损失的机械转化为摩擦热，即。 3. 解：（1）.由图像可得物块的加速度向上，大小为,对物块受力分析，根据牛顿第二定律，有，得到。 （2） .由图像可以知道物块在传送带上向上滑行的距离为，所以物体上升的高度为，物块增加的重力势能为。 （3） 滑动摩擦力对物块做的功为，滑动摩擦力对传送带做的功为。 （4） 静摩擦力对物块做功为，静摩擦力对传送带做功为。 （5） 在前2s内，物块与传送带运动方向相反，相对距离，即划痕长度为10m，在2-6s物块与传送带的运动方向都向上，相对位移长度，两阶段的划痕会有重合，故划痕总升为为10m。 （6） 物块与传送带之间由于摩擦产生的热量为 。 （7） .根据能量转化与守恒定律可知，电动机带动传送带多消耗的电能应等于物块增加的机械能与摩擦热之和（或者根据功能关系，应等于整个阶段传送带克服摩擦力做功的和），有 ，而动能的增加量，得到 或者根据功能关系，有 学科网（北京）股份有限公司1 学科网（北京）股份有限公司 $