2019-2020学年高中物理 第四章 机械能和能源 第3节 势能练习（含解析）教科版必修2

势能1如图所示，一物体从a点出发，分别沿粗糙斜面ab和光滑斜面ac下滑及斜向上抛出，运动后到达同一水平面上的b、c、d三点关于重力的做功情况，下列说法正确的是( )a沿ab面滑下时，重力做功最多b沿ac面滑下时，重力做功最多c沿ad抛物线运动时，重力做功最多d三种情况下运动时，重力做的功相等解析：选d从a运动到b，从a运动到c和从a运动到d，三个过程虽然路径不同，接触面的粗糙程度不同，三个过程的初速度大小不同，但它们的初末位置的高度差相同，即它们的重力相同并且重力方向上发生的位移相同，因此重力做的功相同，选项d正确2如图是位于锦江乐园的摩天轮，高度为108 m，直径是98 m一质量为50 kg的游客乘坐该摩天轮做匀速圆周运动旋转一圈需25 min如果以地面为零势能面，则他到达最高处时的(g取10 m/s2)( )a重力势能为54104 j，角速度为02 rad/sb重力势能为49104 j，角速度为02 rad/sc重力势能为54104 j，角速度为42103 rad/sd重力势能为49104 j，角速度为42103 rad/s解析：选c以地面为零势能面，乘客在最高处高度为108 m，重力势能epmgh5010108 j54104 j，角速度rad/s42103 rad/sc项正确如图所示的几个运动过程中，物体弹性势能增加的是( )a如图甲，跳高运动员从压杆到杆伸直的过程中，杆的弹性势能b如图乙，人拉长弹簧过程中弹簧的弹性势能c如图丙，模型飞机用橡皮筋发射出去的过程中，橡皮筋的弹性势能d如图丁，小球被弹簧向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能解析：选b形变量变大，弹性势能变大，形变量变小，弹性势能变小图甲中杆的形变量先变大后变小，图丙和图丁中橡皮筋和弹簧的形变量减小，形变量变大的只有图乙，故选项b正确一实心的正方体铁块与一实心的正方体木块质量相等，将它们放在水平地面上，下列结论正确的是( )a铁块的重力势能大于木块的重力势能b铁块的重力势能等于木块的重力势能c铁块的重力势能小于木块的重力势能d上述三种情况都有可能解析：选c木块的重力势能大，因为木块的重心位置高如图所示，杆中点有一转轴o，两端分别固定质量为2m和m的小球a和b，当杆从水平位置转到竖直位置时，小球a和b构成的系统的重力势能如何变化，变化了多少？解析：重力对小球a做的功为：w12mgl重力对小球b做的功为：w2mgl则重力对由a、b组成的系统所做的总功为：wgw1w22mgl(mgl)mgl因为wg0，所以系统的重力势能减少，且减少了mgl答案：减少减少了mgl课时作业学生用书p115(单独成册)一、单项选择题关于重力做功和物体的重力势能，下列说法不正确的是( )a重力对物体做正功时，物体的重力势能一定减少b物体克服重力做功时，物体的重力势能一定增加c地球上任何一个物体的重力势能都是一个确定值d重力做功的多少和重力势能的变化都与参考平面的选取无关解析：选c重力对物体做正功，重力势能一定减少，物体克服重力做功，表明重力对物体做负功，物体的重力势能一定增加，故a、b均正确；物体的重力势能的大小与所选取的零势能面位置有关，不同的参考平面，对应不同的重力势能的值，故c错误；重力做功与重力势能的变化均与参考平面的选取无关，d正确2轻绳一端固定在o点，另一端拴一小球，拉起小球使绳水平伸直，然后无初速度释放，小球从开始运动到绳竖直的过程中，下列说法中正确的是( )a重力先做正功后做负功b重力做的功大于重力势能的减少量c重力的功率一直增大d重力的功率先增大后减小解析：选d此过程中重力一直做正功，开始重力的功率为零，最后重力的功率也为零，故功率先增大后减小物体做自由落体运动，其相对于地面的重力势能与下落速度的关系如图所示，其中正确的是( )解析：选c若下落高度为h，则h，减少的重力势能为：mghmgmv2相对于地面的重力势能为：epmgh0mghmgh0mv2，式中h0为起始高度，即ep与v的关系图像为抛物线的一部分，故c正确一根长为2 m，重为200 n的均匀木杆放在水平地面上，现将它的一端从地面提高05 m，另一端仍搁在地面上，则至少需要做功(g取10 m/s2)( )a400 j b200 jc100 j d50 j解析：选d外力做功使物体的重心升高025 m，对应的重力势能增加epgh200025 j50 j，故选项d正确如图所示，一个质量为m的物体，放在水平地面上，物体上方安装一个长度为l、劲度系数为k的轻弹簧处于原长，现用手拉着弹簧上端的p点缓慢向上移动，直到物体离开地面一段距离，在这一过程中，p点的位移(开始时弹簧处于原长)是h，则物体重力势能的增加量为( )amgh bmghcmgh dmgh解析：选c物体离开地面时，弹簧伸长x重物上升的高度hhx重力势能增加量epmghmgh所以正确答案为c在光滑的水平面上，物体a以较大速度va向前运动，与以较小速度vb向同一方向运动的、连有轻质弹簧的物体b发生相互作用，如图所示在相互作用的过程中，当系统的弹性势能最大时( )avavb bvavbcvavb d无法确定解析：选bvavb时，a、b相距最近，弹簧压缩量最大，弹性势能最大如图所示，水平地面上固定一竖直轻弹簧，有一物体由弹簧正上方某位置竖直下落，从与弹簧接触后物体继续下落到速度变为零的过程中( )a物体的速度逐渐减小b物体的重力势能逐渐减小c弹簧的弹力对物体做正功d弹簧的弹性势能逐渐减小解析：选b物体的合力先是向下，后向上，故其运动的速度先增大后减小，a错下落过程中，物体的高度变低，重力势能减小，b对物体受到向上的弹力，此力对物体做负功，c错弹簧的形变量越来越大，弹性势能逐渐变大，d错二、多项选择题某同学利用弹弓将石子斜向上弹出，在石子弹出的过程中，下述说法正确的是( )a弹弓橡皮筋收缩，弹力对石子做功b石子的动能增加c弹弓橡皮筋的弹性势能减少d石子的重力势能减小，转化为石子的动能解析：选abc弹弓橡皮筋收缩产生弹力将石子弹出，弹力对石子做正功，石子动能增加，橡皮筋弹性势能减少，石子上升，重力势能增加，a、b、c对，d错9如图，小球套在光滑的竖直杆上，轻弹簧一端固定于o点，另一端与小球相连现将小球从m点由静止释放，它在下降的过程中经过了n点已知在m、n两点处，弹簧对小球的弹力大小相等，且onmomn在小球从m点运动到n点的过程中，( )a弹力对小球先做正功后做负功b有两个时刻小球的加速度等于重力加速度c弹簧长度最短时，弹力对小球做功的功率为零d小球到达n点时的动能等于其在m、n两点的重力势能差解析：选bcd小球在从m点运动到n点的过程中，弹簧的压缩量先增大，后减小，到某一位置时，弹簧处于原长，再继续向下运动到n点的过程中，弹簧又伸长弹簧的弹力方向与小球速度的方向的夹角先大于90，再小于90，最后又大于90，因此弹力先做负功，再做正功，最后又做负功，a项错误；弹簧与杆垂直时，小球的加速度等于重力加速度，当弹簧的弹力为零时，小球的加速度也等于重力加速度，b项正确；弹簧长度最短时，弹力与小球的速度方向垂直，这时弹力对小球做功的功率为零，c项正确；由于在m、n两点处，弹簧的弹力大小相等，即弹簧的形变量相等，根据动能定理可知，小球从m点到n点的过程中，弹簧的弹力做功为零，重力做功等于动能的增量，即小球到达n点时的动能等于其在m、n两点的重力势能差，d项正确运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法不正确的是( )a阻力对系统始终做负功b系统受到的合力始终向下c重力做功使系统的重力势能增加d任意相等的时间内重力做的功相等解析：选bcd无论在什么情况下，阻力一定做负功，a对加速下降时合力向下，减速下降时合力向上，b错系统下降，重力做正功，所以它的重力势能减少，c错由于系统做变速运动，系统在相等时间内下落的高度不同，所以重力做功不同，d错三、非选择题在离地面80 m处无初速度释放一小球，小球质量为m200 g，不计空气阻力，g取10 m/s2，取最高点所在水平面为参考平面，求：(1)在第2 s末小球的重力势能；(2)在第3 s内重力所做的功和重力势能的变化解析：(1)在第2 s末小球所处的高度hgt21022 m20 m，重力势能epmgh0210(20) j40 j，ep0说明小球在参考平面的下方(2)在第3 s末小球所处的高度hgt21032 m45 m第3 s内重力做功wmg(hh)0210(2045) j50 j，即小球的重力势能减少50 j答案：(1)40 j(2)50 j减少50 j在水平地面上放一个竖直轻弹簧，弹簧上端与一个质量为20 kg的木块相连，若在木块上再作用一个竖直向下的力f，使木块缓慢向下移动010 m，力f做功25 j此时木块再次处于平衡状态，力f的大小为50 n，如图所示求：(1)在木块下移010 m的过程中弹簧弹性势能的增加量(2)弹簧的劲度系数(g取10 m/s2)解析：(1)弹性势能的增加量等于弹力做负功