高二物理。重力做功与重力势能的变化。

Question

质量为m的一个木球从离水面之上的H处由静止释放，落入水中后，在水中下降的深度为h，木球最终停在水面上。。若木球在水中运动时，所受的阻力恒为f，不计空气阻力，求：
（1）在整个运动过程中水对木球的浮力所做的功。
（2）在整个运动过程中水的阻力对木球所做的功。

答案解析如下：

（1）在整个过程中木球所受的浮力是恒力。在浮力作用下的位移为零。则浮力所做的功W=0。

我的疑问：木球在水中运动受到的阻力。应该总是和运动方向相反吧？木球在水中仅受浮力和重力。那么向下时。f=F浮-mg F浮=f+mg。向上时，f=mg-F浮，F浮=mg-f。W浮=（f+mg）-h + (mg-f)h = -2fh 。 这条思路错在哪里？

（2）在整个过程中，只有重力和阻力做功。由动能定理：
W（G）+ W（f） = 0
W（f）=-mgH

我的疑问：因为f是恒力。所以可以不用动能定理，直接求功吧？那么W=-fh+（-fh）=-2fh 。 就是这样 - -. 错哪里……
……我知道浮力总是向上的。我是说阻力中与运动方向相反。这个错了？

Answer 1

（1）在整个过程中木球所受的浮力是恒力。在浮力作用下的位移为零。则浮力所做的功W=0。

我的疑问：木球在水中运动受到的阻力。应该总是和运动方向相反吧？木球在水中仅受浮力和重力。那么向下时。f=F浮-mg F浮=f+mg。向上时，f=mg-F浮，F浮=mg-f。W浮=（f+mg）-h + (mg-f)h = -2fh 。 这条思路错在哪里？

【解答】
向下时: 合力 = f + F浮 - mg = ma1 (合力向上，加速度方向也向上)
向上时: 合力 = f + mg - F浮 = ma2 (合力向下，加速度方向也向下)
(加速度是不一样的，阻力也不一样，并且阻力跟上浮、下沉速度有关)
(f 不是恒力)
错误原因：合力的方向的计算写错了；不是静力平衡方程，而是动力学F=ma的方程。

（2）在整个过程中，只有重力和阻力做功。由动能定理：
W（G）+ W（f） = 0
W（f）=-mgH

【题意分析与解答】：

1、木块释放前的势能为 mgH，到达水面时转化为动能，在大小数值上还是等于mgH.

2、木块进入水面后，下沉的过程中，受到三个力作用：
向下的重力，向上的浮力，向上的阻力。
(浮力只跟排开的水的体积有关，与运动无关；阻力只跟运动有关)

3、下沉到最低位置时，木块在水面具有的动能(大小为mgH)+势能(mgh)，
此时已经为0(h为下沉的深度)
在此过程中，重力做功： mgh； 浮力做功：-F浮h； 阻力做功：-f1h(f1是变化的)
根据动能定理，有 mgh - F浮h - fh = -mgH

4、在上升到水面的过程中(假设到水面时，速度为0)：
重力做功：-mgh； 浮力作功：F浮h； 阻力做功：-f2h（f2是变化的）
根据动能定理 ：-mgh + F浮h - f2h = 0

5、在下沉与上浮的整个过程中：
重力所做总功 + 浮力所做总功 + 阻力所做总功 = - mgH
重力所做总功 ：0
浮力所做总功 ：0
阻力所做总功 ：-mgH

Answer 2

1。浮力不是总与运动方向相反，浮力总是向上的。
2。动能定理只是说合外力所做功等于动能的变化，并不要求是恒力做功，只是功的公式求功需要是恒力（或平均力）才可求。水的阻力是变力，答案中并没有用功的公式求阻力的功，而是转换求重力的功，重力是恒力可求功。

Answer 3

我觉得是这样的：这里所说的阻力f其实就是浮力，高中物理都是理想状态的，所以忽略了其他阻力，题中也有说到空气阻力忽略的~~~又由于浮力只在水中存在，而浮力的作用路线是从水面到水下h深处又回到水面，位移为0，做功为零~~
第二问：我也看糊涂了~~唉，物理，我的痛，拜拜~~~有正解了联系我~~~

Answer 4

1中 向上时为f浮-mg 所以最后正好抵消。
2同理只有向下时是阻力向上时为动力只要力的方向与位移相同就为动力了。

Answer 5

浮力是向上的，不是和运动方向相反的