高中物理2 重力势能课后复习题
展开TOC \ "1-1" \h \u \l "_Tc23596" 一、 【重力势能的概念知识点梳理】 PAGEREF _Tc23596 \h 1
\l "_Tc1985" 二、 【重力做功和重力势能的关系知识点梳理】 PAGEREF _Tc1985 \h 3
\l "_Tc31781" 三、 【弹性势能的概念知识点梳理】 PAGEREF _Tc31781 \h 5
\l "_Tc16129" 四、 【弹力做功和弹性势能的关系知识点梳理】 PAGEREF _Tc16129 \h 7
\l "_Tc17925" 五、 【绳、链条类物体重力势能变化问题的求解知识点梳理】 PAGEREF _Tc17925 \h 9
【重力势能的概念知识点梳理】
1. 重力做功的表达式:WG=mgh=mgh1-mgh2,式中h指初位置与末位置的高度差,h1、h2分别指初位置、末位置的高度。
2. 重力做功的正负:物体下降时重力做正功,物体被举高时重力做负功。
3. 重力做功的特点:物体运动时,重力对它做的功只跟它的起点和终点的位置有关,而跟物体运动的路径无关。
4. 重力势能
(1)定义:物体所受重力与物体重心到参考平面高度的乘积。
(2)大小:Ep=mgh。
(3)单位:在国际单位制中,重力势能的单位为焦耳,符号为 J。
(4)重力势能是标量,只有大小,没有方向,但有正负之分。
【重力势能的概念举一反三练习】
1.(多选)下列关于重力做功和重力势能变化的说法中正确的是( )
A.物体向下运动时重力做正功,物体的重力势能减小
B.物体克服重力做功时,物体的重力势能一定增加,速度一定减小
C.一个物体的重力势能从变化到,重力势能增加了
D.重力势能为负值说明其方向与规定的正方向相反
2.质量为1kg的小物体做自由落体运动,历时4s落地。重力加速度取g=10m/s。则不正确的是( )
A.前2s、后2s,重力做的功之比为1:3
B.整个下落过程中,重力做功的平均功率为200W
C.落地瞬间,重力做功的功率为400W
D.第4s内重力做功的平均功率为35W
3.如图所示,质量为m的金属小球,从离水面H高处自由下落后进入水中。已知水深为h,若以水面为参考平面,小球运动至水底时的重力势能为( )
A.mgHB.-mghC.mg(H-h)D.-mg(H+h)
4.蹦极是一项户外极限活动。体验者站在约40米以上高度的位置,用原长为20米的弹性绳固定住后跳下,落地前弹起,反复弹起落下。忽略空气阻力的影响,在人的整个运动过程中,以下说法正确的是( )
A.第一次下落过程中,游客能体验失重感的位移为20m
B.第一次下落20m后,游客开始做减速运动
C.当游客下落到最低点时,游客的重力势能最小
D.第一次到达最低点的瞬间,人的重力势能为零
5.质量为m的绳子两端分别系在天花板上的A、B两点,A、B间距离小于绳长,整条绳悬垂情况如图实线所示。今在绳的中点C施加竖直向下的力,将绳子拉至如图虚线情况,则整条绳的重力势能( )
A.增大B.不变C.减小D.不确定
6.如图所示,质量为m的物体,放于水平面上,物体上竖直固定一原长为L、劲度系数为k的轻质弹簧。现用手拉住弹簧上端P缓慢向上提,使物体离开地面上升一段距离,在这一过程中,若P端上移的距离为H。关于物体的重力势能,下列说法正确的是( )
A.减少了
B.增加了mgH
C.增加了
D.减少了
【重力做功和重力势能的关系知识点梳理】
(1)表达式:WG=Ep1-Ep2=-ΔEp。
(2)两种情况:当物体从高处运动到低处时,重力做正功,重力势能减少,即WG>0,Ep1>Ep2;当物体由低处运动到高处时,重力做负功,重力势能增加,即WG<0,Ep1
(1)重力势能总是相对于某一水平面而言的,这个水平面叫作参考平面。在这个水平面上,物体的重力势能取为0。
(2)Ep=mgh中的h是物体重心相对于参考平面的高度。参考平面选择不同,则物体的高度h不同,重力势能的大小也就不同。
【重力做功和重力势能的关系举一反三练习】
7.关于重力做功和重力势能,下列说法中正确的是( )
A.重力做功与路径无关,只跟它的起点和终点的位置有关
B.一个物体的重力势能从变化到,重力势能变小了
C.当物体向高处运动时,克服重力做功,物体的重力势能减小
D.物体的位置一旦确定,它的重力势能的数值大小也随之确定
8.一物体在下落过程中,重力做了100J的功,则( )
A.该物体重力势能增加,增加量大于100J
B.该物体重力势能增加,增加量等于100J
C.该物体重力势能减少,减少量大于100J
D.该物体重力势能减少,减少量等于100J
9.一棵树上有一个质量为0.3kg的熟透了的苹果P,该苹果从树上A处先落到地面C最后滚入沟底D。A、B、C、D、E水平面之间竖直距离如图所示。以地面C为零势能面,g取,则该苹果从A落下到D的过程中重力势能的减少量和在D处的重力势能分别是( )
A.15.6J和9JB.9J和-9J
C.15.6J和-9JD.15.6J和-15.6J
10.如图,在离地面高为H处的A点将皮球释放,皮球被地面反弹后上升到离地面高为h的B点的过程中(已知皮球的质量为m,当地重力加速度为g)。以下说法正确的是( )
A.皮球在A点重力势能为mgH
B.皮球在B点的重力势能为mgh
C.该过程中皮球重力势能改变了mg(h-H)
D.该过程中皮球重力势能改变了mg(H-h)
11.一个0.1kg的球从1.8m的高处落到地上又弹回到的1m高度,选下落起点为参考面()下列说法正确的是( )
A.整个过程重力做功为1.8JB.整个过程重力做了0.8J的负功
C.物体的重力势能一定减少了0.8JD.物体在地面时的重力势能为0
12.如图所示,某人通过定滑轮拉住一个重力等于G的物体使物体缓慢上升,这时人从A点走到B点,前进的距离为s,绳子的方向由竖直方向变为与水平方向成θ角.若不计各种阻力,在这个过程中,人的拉力所做的功等于( )
A.GstanθB.
C.D.
13.如图所示,有一连通器,左右两管的横截面积均为S,内盛密度为ρ的液体。开始时两管内的液面高度差为h,若打开底部中央的阀门K,液体开始流动,最终两液面相平。在这一过程中,液体的重力势能变化了多少?是增加了还是减少了?如果是减少了,减少的重力势能到哪里去了?
【弹性势能的概念知识点梳理】
1. 定义:发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有弹力的相互作用而具有的势能,叫作弹性势能。
2. 弹簧的弹性势能:弹簧的长度为原长时,弹性势能为0。在弹性限度内,弹簧被拉
伸或被压缩时,就具有了弹性势能。弹性势能的大小与形变大小和弹簧的劲度系数有关。
3. 对弹性势能的理解
弹性势能是发生弹性形变的物体上所有质点因相对位置改变而具有的能量。弹性势能的大小与选定的零势能位置有关。对于弹簧,一般规定弹簧处于原长时弹性势能为零。弹簧弹性势能的大小与弹簧的形变量和劲度系数有关。
4. 弹簧弹性势能的大小
根据胡克定律F=kx,作出表示弹力F与弹簧形变量x关系的F-x图线,根据W=Fx知,F-x图线与横轴所围面积等于F所做功的多少,则W=-kx⋅x2=-12kx2,所以Ep=12kx2。x为弹簧长度相对于原长的变化量,同一根弹簧形变量相等(拉伸或压缩),弹性势能相
等。相对于原长,只要弹簧发生弹性形变,弹性势能就增加,此时要考虑拉伸和压
缩两种情况。
【弹性势能的概念举一反三练习】
14.关于弹簧的弹性势能,下列说法正确的是( )
A.弹簧在拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能
B.同一弹簧,在弹性限度内,形变量越大,弹性势能越大
C.当弹簧变长时,它的弹性势能一定增大
D.在弹性限度内,形变量相同的弹簧,弹性势能也相同
15.关于弹性势能说法正确的是( )
A.同一根弹簧在弹性限度内,形变量越大,弹性势能越大
B.劲度系数越小弹性势能越大
C.弹簧越长,弹性势能越大
D.弹性势能与劲度系数和形变量无关
16.如图所示,在光滑水平桌面上有一根轻质弹簧处于自然状态,将弹簧左端固定,右端施以水平拉力F将弹簧缓慢从O点拉到A点再到B点,从O到A拉力做功W1,从A到B拉力做功W2,已知OA=AB,弹簧始终处在弹性限度内,则( )
A.B.C.D.无法确定
【弹力做功和弹性势能的关系知识点梳理】
如图所示,O为弹簧处于原长时自由端所在位置。
(1)物体由O向A运动或者由O向A'运动时,弹力做负功,弹簧的弹性势能增大,其他形式的能转化为弹性势能。
(2)物体由A向O运动或者由A'向O运动时,弹力做正功,弹簧的弹性势能减小,弹性势能转化为其他形式的能。
(3)弹力做功与弹性势能变化的关系:弹力做多少正功,弹性势能就减小多少;弹力
做多少负功,弹性势能就增加多少,即W弹=-ΔEp=Ep1-Ep2。
【弹力做功和弹性势能的关系举一反三练习】
17.如图所示,一质量为m的小球套在光滑竖直杆上,轻质弹簧一端固定于O点,另一端与该小球相连。现将小球从A点由静止释放,沿竖直杆运动经过B点,已知OA长度小于OB长度,弹簧处于两位置时弹簧弹力大小相等。在小球由A到B的过程中( )
A.加速度等于重力加速度的位置有一处
B.弹簧弹力的功率为0的位置只有一处
C.弹簧弹力对小球做功等于零
D.弹簧弹力做正功过程中小球运动的距离等于小球克服弹簧弹力做功过程中小球运动的距离
18.如图甲所示,平行于光滑斜面的轻弹簧劲度系数为k,一端固定在倾角为θ的斜面底端,另一端与物块A连接;两物块A、B质量均为m,初始时均静止。现用平行于斜面向上的力F拉动物块B,使B做加速度为a的匀加速运动,A、B两物块在开始一段时间内的v-t关系分别对应图乙中A、B图线(t1时刻A、B的图线相切,t2时刻对应A图线的最高点),重力加速度为g,则( )
A.平行于斜面向上的拉力F一直增大
B.t2时刻,弹簧形变量为
C.从0开始到t1时刻,弹簧释放的弹性势能为
D.t2时刻弹簧恢复到原长,物块A达到速度最大值
19.某兴趣小组通过探究得到弹性势能的表达式为,式中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧伸长(或缩短)的长度,请结合弹性势能表达式计算下列问题。 放在地面上的物体上端系在劲度系数k=200N/m的弹簧上,弹簧的另一端拴在跨过定滑轮的绳子上,如图所示,手拉绳子的另一端,当往下拉0.1m物体开始离开地面,继续拉绳,使物体缓慢升高到离地h=0.5m高处。 如果不计弹簧重和滑轮跟绳的摩擦,(g取10m/s2)。 求:
(1)弹簧弹性势能的大小;
(2)物体重力势能的增量;
20.(多选)如图所示,两木块A、B的质量分别为m1和m2,两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2,两弹簧分别连接A、B,整个系统处于平衡状态.现缓慢向上提木块A,直到下面的弹簧对地面的压力恰好为零,在此过程中以下说法正确的有( )
A.A的重力势能增加了
B.A的重力势能增加了
C.B的重力势能增加了
D.B的重力势能增加了
【绳、链条类物体重力势能变化问题的求解知识点梳理】
重力势能的基本计算式是Ep=mgh,求解实际物体的重力势能时,式中的h表示物体
的重心相对零势能面的高度。求解绳子、链条类物体的重力势能时,重心位置的确定是关键。粗细均匀、质量分布均匀的长直绳子或链条,其重心在中点。两种情况下重力势能的求解:
(1)当绳子、链条呈直线状(或水平、或竖直、或倾斜)放置时,Ep=mgh中的h表示其中点相对于参考平面的高度。
(2)当绳子、链条不以直线状(如折线状)放置时,应当分段(使其每段都是直线状)求重力势能再求和。
【绳、链条类物体重力势能变化问题的求解举一反三练习】
21.在光滑的桌面上有一根均匀柔软的质量为m、长为l的绳,其绳长的四分之一悬于桌面下,从绳子开始下滑至绳子刚好全部离开桌面的过程中,绳子的重力做功和重力势能变化如何(桌面离地高度大于l)( )
A.,B.,
C.,D.,
22.如图所示,甲为一长度为L的均匀链条,总质量为2m,一半放在水平桌面上,一半竖直下垂,乙为两个质量均为m的小球,一个放在水平桌面上,一个竖直下垂,中间用不计质量的长度为L的细绳相连,水平部分和竖直部分长度相等,初始时令两装置保持静止,现自由释放两装置,使得两个装置都刚好离开水平桌面,已知重力加速度为g,水平桌面光滑,则下列说法正确的是( )
A.甲装置重力势能减少了
B.乙装置重力势能减少了
C.甲装置重力做的功小于乙装置重力做的功
D.甲乙两装置重力势能的减少量相等
23.如图所示,质量为的均匀金属链条,长为,有一半在光滑的足够高的斜面上,另一半竖直下垂在空中。已知斜面倾角为30°,顶端是一个很小的圆弧。从静止开始释放后整个链条滑动,当链条刚好全部滑出斜面时,重力势能的减少量为( )
A.B.C.D.
24.如图所示,质量为m,长为的均匀链条放在光滑水平桌面上,且使长度的垂在桌边,松手后链条从静止开始沿桌边下滑,则链条滑至刚刚离开桌边过程中重力所做的功为( )
A.B.C.D.
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