小球砸弹簧的动量过程,小球砸弹簧重力势能的变化

首页 > 大全 > 作者:YD1662022-12-24 22:32:30

一大早醒来,看到湖南师大附中杨老师发来一道试题,希望号主帮助分析。号主向来能力较弱,只能勉强做一些定性分析,因此希望手机屏幕前的你看完题后有更严密的定量分析方法,请分享于号主,在此先行表示感谢!

请看试题:

小球砸弹簧的动量过程,小球砸弹簧重力势能的变化(1)

号主解析如下:

1、小球突然获得一个水平速度后,由于惯性需要保持原速度方向飞行,又考虑到弹簧弹力不能突变,小球不可能以O为圆心L为半径做圆周运动,即随后弹簧将被小球拉长,即弹簧的最大伸长量将>L,故A正确。

2、在最低点静止时,弹簧储存了弹性势能,小球向右上旋转,弹簧水平摆放前已有收缩的趋势和条件,因此部分弹性势能会释放出来,根据机械能守恒,在弹簧水平摆放时还具有动能,即偏上方向的速度,所以小球到达的最高点高于O点,B正确,C错误。

再运用反证法排除C、D。

3、若小球到达最高点与O等高,最高点速度为零,根据机械能守恒,弹簧长度依然等于L,即到达最高点之前,弹簧先拉长后恢复到原来长度(不是原长);果真如此,到达最高点后,弹簧要继续收缩,小球未能“原路”返回,即破坏了“对称性”,这与守恒观所隐藏的对称性观念相违背,故C错误。

4、经上面分析,小球最高点高于O。若在这个最高点弹簧弹力为零,即弹簧恰好恢复原长,且速度为零。即到达此最高点之前,弹簧先拉长后恢复到原长。到达此最高点之后,小球在重力作用下向下运动,必定要压缩弹簧,即小球不是“原路”返回,同样破坏了“对称性”,故D错误。

5、小球最高点高于O点,且此最高点处弹簧应该处于压缩状态,才能确保返回路径满足对称性。

值得指出,关于守恒与对称之间的关系,号主并没有深度的思考和理解。尽管号主定性分析运用了“对称性”,但似乎又存在错误的认知——路径对称应该是空间平移对称,而空间平移对称对应动量守恒,显然弹簧与小球组成系统动量不守恒。故号主基于路径对称进行推理分析,是缺乏理论依据的,即只是一种“感觉”而已。

本题中能量是守恒的,能量守恒对应时间平移不变性,何为时间平移不变性?号主对此认知显然是空泛的。

小球砸弹簧的动量过程,小球砸弹簧重力势能的变化(2)

(PPT幻灯片来自网络)

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