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04与官科大专家讨论全国中学生物理竞赛题正文04


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给高炳坤先生的信——给李学生先生的信附件 4

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给高炳坤先生的信

——给李学生先生的信附件 4
尊敬的高炳坤先生:您好! 李学生先生把您的、发表在《大学物理》2001 年第 3 期上的 论文《能量追踪》寄给我,请我发表意见,我谈 5 条意见如下: ⑴您的论文在第 1 页正文左栏正数第 4~6 行中说: “当弹簧 恢复原长 l0 时,小球便以速度 v(相对于地面被弹出,并保持此 速度一直运动下去. ” 我认为您的这句话是错误的.理由为:v 是随着时间 t 变化 的物理量:小球被弹出瞬时,因为受到弹力的推动,所以小球便 从 v?0 的速度开始向右做加速运动,到弹簧恢复原长 l0 时,弹力 变为 0,v 便达到最大值 vm.然后小球继续以变速 v 向右运动,并 受到弹簧向左的拉力.由于该拉力和 v 方向相反,所以小球做减 速运动,到小球运动到最大振幅时,弹力变为最大值 fm,v 便达 到最小值 0.然后小球在弹簧向左的拉力下向左做加速运动,到 弹簧再次恢复到原长 l0 时, 弹力变为 0, 速度 v 又达到最大值 vm. 然 后小球继续以变速 v 向左运动,并受到弹簧向右的推力.由于该 推力和 v 方向相反,所以小球做减速运动,到小球运动到最大 振幅即小球刚开始运动处时,弹力变为最大值 fm,v 便达到最小 值 0.?.所以您说的“保持此速度一直运动下去”错误. ⑵您的论文在第 1 页正文右栏正数第 6~7 行中说: “地球相 对于小车的动能

1 M eV 2 却始终不变?”中的 V 错误,应为?v. 2
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与官科大专家讨论全国中学生物理竞赛题

⑶您的论文在第 1 页正文左栏正数第 15 行中说: “弹簧的末 势能仍为零” . 请说明弹簧的末势能仍为零的理由, 不能只喊口号. ⑷等您回答完上述⑶中的问题后,我们就会知道您这篇论文 的“2 解答”中的内容是否正确了(应该是错误的) . ⑸您的论文在第 1 页正文右栏倒数第 7~6 行中说: “从小车 上看,墙对弹簧的作用力 F 的作用点却以恒速?v 移动(图 2),所 以 F 要做负功” . 您的这句话是错误的.理由为:地球、墙壁、与墙壁相连的 弹簧圈固连在一起,它们都是地球参考系的一部分,都属于地球 参考系.如果把地球参考系看成是质点(这也是必须的) ,那么地 球、墙壁、与墙壁相连的弹簧圈这三者就是同一个质点;弹簧能 伸缩的部分(轻质)和小球组成的体系叫做弹簧振子体系,其中 的小球是另一个质点.这两个质点通过弹簧的弹力相互作用.因 为弹簧为轻质即质量为 0,所以小球的机械能就是弹簧振子体系 的机械能. 在小车参考系上观察,弹簧振子体系以及地球、墙壁、与墙 壁相连的弹簧圈由于相对于小车参考系以恒速?v 移动而产生的 位移, 不是墙壁对弹簧振子体系的作用力 F 引起的, 所以在小车 参考系上观察,墙壁对弹簧振子体系不做功.所以,您文中说 的【F 要做负功】是错误的. 另一种证明方法如下: 因为弹簧振子体系相对于小车系沿 x 轴以恒速?v 移动, 所以 弹簧振子体系在 x 轴方向所受合外力为 0.如果墙壁对弹簧振子 体系的作用力 F 向左的话, 那么必然有一个大小和 F 的大小相等 的力 G 也作用在弹簧振子体系上并指向右. 如果墙壁对弹簧振 子体系的作用力 F 对弹簧振子体系所做的功为?A 的话,那么 力 G 对弹簧振子体系所做的功就为?A, 所以弹簧振子体系的机械 能的改变量为?A?A?0.这与墙壁对弹簧振子体系不做功等效. 谢谢! 师教民 2014.04.21,2014.04.22.09.21(星期二)
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