1.4势能及其改变 课时作业（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）必修第二册
1.4势能及其改变 课时作业（解析版）
1．地摊经济是2020年下半年的热门话题。某人计划摆一个卖烤热狗的小吃地摊，如题图所示，用两根水平的平行金属杆支撑热狗。假设热狗可视为质量均匀的圆柱体，生热狗烤熟后，半径变大，重力大小不变。忽略摩擦及金属杆的热胀冷缩，静止的生热狗烤熟后（　　）
A．对金属杆的压力增大 B．对金属杆的压力减小
C．重力势能不变 D．机械能不变
2．如图所示，射箭时人通过拉弓引起弹性势能的增加，此时的弹性势能主要（　　）
A．存储在箭上 B．存储在弓上 C．存储在弦上 D．存储于拉弓人的手上
3．游乐场中的一种滑梯如图所示。小朋友从滑梯顶端由静止开始下滑，沿滑梯的水平部分滑动了一段距离后停下来。在整个运动过程中（　　）
A．支持力对他做正功
B．他的机械能减小
C．他的重力势能一直减小
D．他的动能一直减小
4．2021年2月10日晚，“天问一号”火星探测器在历经202天、跨越近5亿公里后成功抵达火星，进入了近火点高度约400公里、周期约10个地球日的环绕火星大椭圆轨道。之后的几个月，“天问一号”将逐渐调整轨道成环绕火星的近圆轨道。我们把这一过程简化，如图所示，“天问一号”在椭圆轨道I绕火星运行，在近火点P变轨后进入轨道2做匀速圆周运动。下列说法正确的是（　　）
A．“天问一号”在轨道1运行的机械能比在轨道2上运行的机械能小
B．“大问一号”在轨道1运行的周期比在轨道2上运行的周期短
C．“天问一号”分别沿轨道1和轨道2运行时，经过P点的加速度大小相等
D．“天问一号”分别沿轨道1和轨道2运行时，经过P点的速度大小相等
5．关于重力势能的理解，下列说法正确的是：（　　）
A．重力势能是一个定值，其大小是绝对的
B．当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少
C．放在地面上的物体，它的重力势能一定等于0
D．重力势能是标量，所以没有负值
6．很多同学都喜欢荡秋千，如图所示为某同学荡秋千的场景若该同学在某次运动过程中可视为质点，A、B点分别为该次运动的最高点和最低点，忽略空气阻力，则由A到B过程中，下列说法正确的是（　　）
A．重力对该同学做负功
B．该同学重力势能减小，动能增大
C．在B点，秋千座板对该同学的支持力等于他的重力
D．重力对该同学做功的功率逐渐增大
7．如图所示，为某质点（质量不变）运动过程中机械能（E）随速度平方（v 2）变化的图像，关于该质点到零势能面竖直距离的变化，下列说法正确的是（　　）
A．AB过程一定不变
B．AB过程一定增大
C．BC过程一定不变
D．BC过程一定增大
8．质量为m的物体在竖直向上的恒定拉力F的作用下，由静止开始向上运动高度h，所受空气阻力恒为f，重力加速度为g，此过程中下列说法正确的是（　　）
A．物体的动能增加了(F-mg-f)h B．物体的重力势能减小了mgh
C．物体的重力做功为mgh D．物体的加速度为
9．如图所示，轻弹簧下端系一重物，O点为其平衡位置（即重力和弹簧弹力大小相等的位置），今用手向下拉重物，第一次把它直接拉到A点，弹力做功为W1，第二次把它拉到B点后再让其回到A点，弹力做功为W2，已知，弹簧始终在弹性限度内，则这两次弹力做功的关系为（　　）
A． B． C． D．
10．应用物理知识分析生活中的常见现象，可以使物理学习更加有趣和深入。例如你用木板平托一物块，保持这样的姿势在竖直平面内以速率按顺时针方向做半径为的匀速圆周运动。假设时刻物块在最低点且重力势能为零，关于物块从最低点运动到最高点的过程，下列说法正确的是（　　）
A．物块在最高点受到木板的支持力为
B．物块的重力势能随时间的变化关系为
C．物块在最左侧点时，木板对物块的作用力方向竖直向上
D．物块在运动过程中的加速度不变
11．如图所示，上方传送带始终以的速度向右运动，左右两端相距。将一质量的木块由传送带左端静止释放，木块与传送带之间的动摩擦因数为，则（　　）
A．木块从左端运动到右端的过程中，摩擦力对木块做的功为16J
B．木块从左端运动到右端的过程中，由于带动木块运动，电动机多消耗了16J的电能
C．木块从左端运动到右端的过程中，因为摩擦而产生的热量为16J
D．木块从左端运动到右端的时间为
12．质量为1kg的物块以的速度沿斜面向上滑行，上升的最大高度为4m，g取，以斜面底端所在平面为零势能面。下列说法正确的是（　　）
A．若物块初速度减为，则上升的最大高度为2m
B．物体所处高度2m时，机械能为45J
C．若物块能再滑回斜面底端，其速度为
D．若物块能再滑回斜面底端，其机械能为40J
13．在竖直方向运动的电梯内，有一名质量为的乘客随电梯一起向下做匀速直线运动。当到达离地面时，制动系统开始启动，经过后，电梯做匀减速运动并刚好到达地面，重力加速度取，则乘客在做匀减速运动过程中（ ）
A．乘客减速时的加速度大小为
B．乘客受到的支持力大小为
C．乘客的机械能减少了
D．乘客受到的合力对乘客做的功为
14．如图所示，是竖直面内光滑的固定轨道，水平，长度为，是半径为的四分之一圆弧，与相切与点。一质量为的小球，始终受到与重力等大的水平力作用，自点从静止开始向右运动，重力加速度为，则小球从a点运动轨道最高点，则有（　　）
A．机械能增量为 B．动能增量为
C．机械能增量为 D．动能增量为
15．质量为600g的篮球在空中自由下落，与水平刚性地面相碰后反弹，之后又上升到某一高度。此过程中，小球的速度随时间变化规律的图像如图所示。不计空气阻力。下列说法中正确的是（　　）
A．篮球能弹起的最大高度为0.45m
B．篮球机械能守恒
C．篮球与地面接触过程中机械能损失4.8J
D．篮球刚与地面接触时重力的瞬时功率为30W
16．在水平地面上平铺n块砖，每块砖的质量均为m，厚度均为h，如图9所示，若将砖一块一块地竖直叠放起来，在此过程中，重力做多少功？重力势能如何变化，变化了多少？（重力加速度为g）
17．如图所示，斜面倾角为θ，AB段长3L，BC和CD段长均为L，BC段粗糙，其余部分均光滑．质量为m的物体从斜面上A处由静止释放，恰好能通过C处．求：
（1）物体从A到B重力势能的变化量；
（2）物体从C运动到D所需要的时间；
（3）物体与斜面BC段之间的动摩擦因数．
参考答案
1．B
【详解】
AB．对热狗进行受力分析，受到重力G、两金属圆柱对热狗的支持力N1、N2，如图所示
单根金属杆对热狗的弹力
生热狗截面半径为R，熟热狗半径变大，则对应的θ角变小，根据三角函数知识知，单根金属杆对熟热狗的弹力小于对生热狗的弹力，根据牛顿第三定律可得熟热狗对金属杆的压力减小，故A错误，B正确；
CD．由于熟热狗质量不变，半径变大，重心升高，故熟热狗重力势能增大，缓慢膨胀，动能不变，则机械能增大，故CD错误。
故选B。
2．B
【详解】
人拉弓时，弓发生了明显的弹性形变，弹性势能主要存储在弓上，故ACD错误，B正确。
故选B。
【点睛】
3．B
【详解】
A．支持力总是垂直于小朋友的运动方向，支持力不做功，A错误；
B．下滑过程中，由于摩擦，一部分机械能转化为内能，机械能减少，B正确；
C．沿着斜面下滑时重力做正功，重力势能减少，在水平部分滑的时候，重力不做功，重力势能不减少，C错误；
D．小朋友从静止开始下滑的一段，是加速过程，速度增大，动能增大。
4．C
【详解】
AD．因为“天问一号”从轨道1变轨进入轨道2的过程需要在P点减速，其机械能减少，故选项AD错误；
B．根据开普勒第三定律，椭圆轨道1的半长轴大于轨道2的半径，所以“天问一号”在轨道1运行的周期比在轨道2运行的周期长，故B选项错误；
C．无论“天问一号”沿轨道1还是沿轨道2运行经过P点时，所受到的万有引力大小相等，且此时加速度与向心加速度相等，则加速度大小相等，故C选项正确。
故选C。
5．B
【详解】
A．重力势能的大小与零势能面的选取有关，在零势能面下方，物体重力势能为负值，在零势能面上方，物体重力势能为正值，在零势能面上，物体重力势能为零，A错误；
B．当重力对物体做正功时，物体的重力势能减少，B正确；
C．只有放在零势能面上的物体重力势能才是零，而并不是放在地面上，重力势能就为零，C错误；
D．重力势能是标量，但有正负之分，当物体位于参考平面下方时，重力势能是负值，D错误。
故选B。
6．B
【详解】
AB．该同学由A到B过程中，只有重力做功，故机械能守恒，重力对该同学做正功，故该同学重力势能减小，动能增大，故A错误，B正确；
C．在B点，由于做圆周运动，由支持力和重力的合力提供向心力，故秋千座板对该同学的支持力大于他的重力，故C错误；
D．由于该同学的竖直分速度先增大后减小，根据可知，重力对该同学做功的功率先增大后减小，故D错误。
故选B。
7．C
【详解】
AB．AB过程，质点的机械能不变，v2增大，动能增大，由
E=mv2+mgh
知质点到零势能面竖直距离h不断减小，故AB错误，
CD．BC过程，由机械能概念有
E=mv2+mgh
E-v2图象倾斜的直线，说明mgh不变，则h不变，故C正确，D错误。
故选C。
8．A
【详解】
A．物体受到重力、拉力以及空气的阻力，由动能定理得
故A正确；
BC．重力做功为 mgh，所以物体的重力势能增加了 mgh，故BC错误；
D．物体的加速度为
故D错误。
故选A。
9．D
【详解】
弹簧弹力做的功与弹性势能的关系为
可知，两次弹簧的形变量相等，则
故选D。
10．B
【详解】
A．物块在最高点时，根据牛顿第二定律
解得物块受到木板的支持力为
选项A错误；
B．物块的重力势能随时间的变化关系为
选项B正确；
C．物块在最左侧点时，木板对物块有竖直向上的支持力mg以及指向圆心方向的静摩擦力，则木板对物块的作用力方向不是竖直向上，选项C错误；
D．物块在运动过程中的加速度大小不变，但是方向不断变化，选项D错误。
故选B。
11．B
【详解】
A．物体在传送带上，根据牛顿第二定律可得
解得
物体达到传送带速度所需时间为t，根据
解得
通过的位移为
到达共同速度后木块随传送带一起运动，根据
A错误；
B．在1s内传送带通过的位移为
故摩擦力对传送带做功为
故由于带动木块运动，电动机多消耗了16J的电能，B正确；
C．木块与传送带发生的相对位移为
故摩擦而产生的热量为
C错误；
D．木块匀速运动的位移为
所需时间为
故木块运动的总时间为
D错误。
故选B。
12．B
【详解】
A．设物块上升的高度为h，斜面倾角为，则物块在斜面上滑过的距离，加速度为a，上升的最大高度为4m时，则有
若物块初速度减为，加速度仍为a，则
联立解得
故A错误；
B．物体所处高度h=2m时，则有
解得
则机械能为
故B正确；
CD．物体在初态时的机械能为
物块上升到4m高度时，机械能为
则损失了10J的机械能，故在滑回斜面底端的过程中，也损失10J的机械能，则
解得
故CD错误。
故选B。
13．AC
【详解】
A．设乘客做匀速直线运动时的速度为，根据
解得
v0 = 8m/s
乘客减速时的加速度大小
= 2m/s2
方向向上，A正确；
B．根据牛顿第二定律可知
解得
F = 600N
B错误；
C．乘客的机械能减少量等于支持力做功的大小
WF = Fh = 9600J
C正确；
D．乘客受到的合力对乘客做的功等于乘客动能的改变量，即
- 1600J
D错误。
故选AC。
14．AB
【详解】
AC．由题意可知，外力F=mg，小球从a点由静止运动到轨道最高点的运动中，由功能关系W= E机，有
E机=Fx=mg×3R=3mgR
小球机械能的增量为3mgR，A正确，C错误；
BD．由动能定理可有
Ek=Fx mgR=mg×3R mgR=2mgR
小球动能的增量等于2mgR，B正确，D错误。
故选AB。
15．ACD
【详解】
A．篮球能弹起的最大高度为轴下方图象与轴所包围的面积，为，故A正确；
B．由能量守恒可知
能量损失包括克服地面弹力做的功和自身损耗的能量，故B错误；
C．小球与地面接触过程中机械能损失即为动能损失
损失了，故C正确；
D．刚与地面接触时重力的瞬时功率为
故D正确。
故选ACD。
16．；重力势能增加，增加了
【详解】
砖由平放在地面上到把它们一块块地竖直叠放起来，克服重力所做的功等于砖增加的重力势能。
取n块砖整体为研究对象，原来整体重心距地面高度为，
叠放起来后整体重心距地面高度为
Δh=nh
故
WG＝nmgΔh＝nmg(-nh)＝
重力做负功，重力势能增加，增加了。
17．（1）（2）（3）
【详解】
试题分析：（1）取B处为零势能面，可分别得到物体在A处和B处的重力势能，再求得重力势能的变化量．
（2）物体恰好能通过C处，说明物体到C处时以初速度为零沿CD匀加速下滑．由牛顿第二定律求出加速度，再由位移时间公式求时间．
（3）对于AB段，运用动能定理求解BC段的动摩擦因数．
解：（1）取B处为零势能面．在A处重力势能为：EPA=3mgLsinθ
B处重力势能为：EPB=0
则物体从A到B重力势能的变化量为：△EP=EPB﹣EPA=﹣3mgLsinθ
（2）恰好能通过C处，说明物体到C处时以初速度为零沿CD匀加速下滑．根据牛顿第二定律得：mgsinθ=ma
得：a=gsinθ
由得：
（3）对AB段，根据动能定理得：4mgLsinθ﹣μmgLcosθ=0
则得：μ=4tanθ
答：（1）物体从A到B重力势能的变化量是﹣3mgLsinθ；
（2）物体从C运动到D所需要的时间是；
（3）物体与斜面BC段之间的动摩擦因数是4tanθ．
【点评】本题根据重力势能的变化量的定义来求的，也可以根据重力势能的变化量等于重力做功的负值求．运用动能定理时要灵活选取研究过程．