对轻质物体能应用动能定理吗
【题目】
如图所示,
质量为m的物体静止在地面上,物体上面连着一个轻弹簧,用手拉住弹簧上端上移H,将物体缓缓提高h,拉力F做的功为Wғ.不计弹簧的质量.则下列说法正确的是()
A.重力做功一mgh,重力势能减少mgh
B.弹力做功一Wғ,弹性势能增加WF
C.重力势能增加mgh,弹性势能增加FH
D.重力势能增加mgh,弹性势能增加Wғ-mgh
在教学中,碰到了这样的一道题,受动态平衡挂件问题的影响,有个同学提出以力F和弹簧的结点为研究对象,结点是轻质物体,质量取为零,动能½mv²=0,动能变化也为零。对结点应用动能定理,结点受弹簧弹力和F作用,弹簧弹力和F对结点做功,由动能定理得:Wғ+W弹=0,得到弹簧弹力做功一Wғ,再由弹性势能定理得到弹性势能增加Wғ,选择B选项,总觉得哪里不对,但又说不出理由。
然后又以物体为研究对象,物体缓慢移动h,动能变化为零,对物体应用动能定理得到:W弹-mgh=0,得到W弹=mgh,根据弹性势能定理得到,Ep弹=△Wp弹=-W弹=-mgh,得到弹性势能为负值,显然答案是不对的,但问题究竟出自哪里呢?查阅答案,解析如下,
看了还是懵的。
由能量守恒(这个没人怀疑)来推导,功是能量转化的量度(功:我们不生产能量,我们是能量的搬运工),拉力做功Wғ,相当搬来了Wғ的能量,到哪里去了呢,到弹簧的弹性势能和物体增加的重力势能了。由是有Wғ=△Ep弹+mgh,弹性势能增加Wғ-mgh,选D.以结点为研究对象,值得怀疑,但以物体为研究对象总不会错吧,问题到底出自哪里呢?
原来是这样的,轻质物体不能承载能量,而是起着传递能量的作用,故不能对轻质物体应用动能定理,并且还要考虑轻质物体有没有传递能量。 如以m为研究对象的时候。
【变式】如图所示,
如果是这样。可以以M、m为研究对象了应用动能定理吗?
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