Question

【高中物理】求解D选项?

Answer 1

如果把小球和槽作为一个整体的话，情境中就两个对象：球和槽的整体，以及弹簧（和墙的整体）。可以看出过程中没有摩擦力。因此，能量是守恒的，两个对象的机械能之和是定值。
弹簧反弹后，弹性势能为0不再变化，因此两个对象的机械能就是小球和槽整体的机械能，是不变的。所以，机械能守恒。
但是，一开始这个整体的机械能，是小球的重力势能。然后，等到脱离弹簧后，这一个整体会具有一个不为零动量，而之后的过程中，动量是守恒的。
因此，最终小球和槽会达到共速（类似于完全非弹性碰撞，但是这里不是转化成内能，而是转化成小球的重力势能）。
因此，槽会具有动能。也就是说，小球原来的重力势能的一部分会分给槽（以及它自己的动能），不能够完全回来。因此，小球最终重力势能会比原来小，高度会比原来低，不能够再回到原来的高度了。
因此，D是错误的。

追问

小球在槽上的那段时间，动量守恒

是吗？

刚开始那段

球下滑，槽产生向左的动量，槽产生向左的速度，由于光滑水平面且之后球脱离槽，槽作匀速直线运动，小球碰弹簧，打破球和槽的动量守恒，然后球又被弹回，球亦作匀速运动，就算球能碰到槽并向上运动，但由于总体动量向左，所以系统的一部分能量给予此，而系统的总能量就是小球初始的重力势能。所以无法回到最高点

这样解释可以吗？

追答

对，那一段时间，在水平方向上，球和槽的系统动量守恒(注意是水平方向)

稍等

我发现小球和槽的质量是相等的

那么这个时候，当小球刚好落到平面上的时候 ，小球和槽的速度等大反向

所以实际上最后小球不会追上槽，它们两个的速度是相等的。

追问

所以永远追不上

追答

抱歉一开始没有注意到这个事情，因为一般小球的质量会比槽的要小

如果是一般情况的话，就是你上面的分析的。不论小球质量如何都不能够达到原来的高度。

然后还要注意，如果小球的质量比槽还大的话，最后小球是不能够和槽达到共速的。因为小球的速度会比槽的要小。

追问

了解

谢谢

Answer 2

C对，D不对。
小球回不到那么高了，从上边滑下来的时候斜坡对小球的力使小球获得速度，小球对斜坡的反作用力也使滑道向左运动，滑道获得了动能，小球的势能被分走了一部分，剩下的变成小球的动能，虽然小球的动能在弹簧反弹后没有损失，但分给滑道那部分也拿不回来了。即便它能追上滑道，在上坡过程中还是会推动滑道向左，动能又损失一块，更不可能回到原来那么高了。