4.4势能 课时练习（word版含解析）

2021-2022学年教科版（2019）必修第二册
4.4势能 课时练习（解析版）
1．下列物理量中属于矢量的是（　　）
A．路程 B．时间 C．重力势能 D．速度
2．“健身弹跳球”是近期流行的一项健身器材．小学生在玩弹跳球时双脚站在如图所示的水平跳板上，用力向下压弹跳球后，弹跳球能和人一起跳离地面．某弹跳球安全性能指标要求反弹高度不超过15cm，请估算该弹跳球一次反弹过程最多能对小学生做的功最接近于( )
A．0.6J B．6J C．60J D．600J
3．小球在做自由落体运动的过程中，下列说法正确的是( )
A．重力势能一定增加，动能一定减少
B．重力势能一定减小，动能一定增加
C．重力势能不一定减少，动能一定增加
D．重力势能一定减少，动能不一定增加
4．如图所示为某景点的游客乘索道匀速下山，则该过程中游客的( )
A．重力势能增大，动能增大
B．重力势能增大，动能减小
C．重力势能减小，动能不变
D．重力势能减小，动能增大
5．如图所示是研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验示意图，下列对于此图的分析错误的是（ ）
A．比较甲和乙，说明质量相等的物体被举得越高，势能越大
B．比较甲和丙，说明在同一高度处，质量越小的物体势能越小
C．比较乙和丙，说明质量越大的物体，势能越大
D．小木桩进入沙中越深，说明物体对木桩做的功越多
6．从地面竖直上抛一物体，初速度为v0，不计空气阻力，取地面为参考平面，当物体的重力势能为动能的4倍时，物体离地面的高度为（ ）
A． B． C． D．
7．物体在运动过程中，克服重力所做的功为100J，则以下说法正确的是（　　）
A．物体的高度一定不变
B．物体的高度一定降低
C．物体的重力势能一定减小了100J
D．物体的重力势能一定增加了100J
8．如图所示，足够长的传送带与水平面夹角为θ，以速度逆时针匀速转动。在传送带的上端由静止轻轻放置一个质量为m的小木块，小木块与传送带间的动摩擦因数，木块的位移用x表示，动能用表示，重力势能用表示，则图中能客观地反映小木块的各运动关系的是（　　）
A． B．
C． D．
9．质量为1kg的物体被人用手由静止向上提高2m，这时物体的速度是4m/s，下列说法中正确的是（不计一切阻力，g=10m/s2）（　　）
A．手对物体做功20J B．合外力对物体做功20J
C．物体重力势能增加了28J D．物体机械能增加了28J
10．质量为1kg的物体从高处自由下落，经3s落地，那么它在下落的第1s内，重力势能的减少是（ ）
A． B． C． D．
11．如图所示，一工人利用定滑轮和轻质细绳将货物提升到高处．已知该工人拉着绳的一端从滑轮的正下方水平向右匀速运动，速度大小恒为v，直至轻绳与竖直方向夹角为600．若滑轮的质量和摩擦阻力均不计，则该过程（ ）
A．货物也是匀速上升
B．绳子的拉力大于货物的重力
C．末时刻货物的速度大小为
D．工人做的功等于货物动能的增量
12．截面积为S的U形管中，盛有一种密度为ρ的液体，由于底部中间的阀门关闭着，使一边管中的液面高度为h1，另一边管中的液面高度为h2，如图所示，再次把阀门打开，使左右两边相通，当两边液面达到相同高度时，重力做的功为（　　）
A．
B．
C．
D．
13．关于重力势能与重力做功的叙述中，正确的是（　　）
A．物体克服重力做功，重力势能减少
B．重力对物体做功既与始、末位置有关，也与路径有关
C．重力势能有正负之分，所以重力势能是矢量
D．重力势能与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳（J）
14．关于物体的弹性势能，下面说法中正确的是(　　)
A．拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能
B．任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能
C．拉伸长度相同时，k越大的弹簧，弹性势能越大
D．弹簧变长时，它的弹性势能一定变大
15．在某一高处的同一点将三个质量都相等的小球，以大小相等的初速度分别竖直上抛，平抛和竖直下抛，不计空气阻力，则（ ）
A．从抛出到落地的过程中，重力对它们做的功相等
B．落地时三个小球的动能相等
C．三小球落地时间相同
D．从抛出到落地的过程中，重力对它们做功的平均功率相等
16．一面积很大的水池内，水深为H，水面上浮着一正方体木块，木块棱长为a，其密度为水的密度的，质量为m，开始时木块静止，有一半没入水中，如图所示，现用力F将木块缓慢地下压，不计摩擦，求从木块刚好完全没入水中到停在池底的过程中池水重力势能的改变量是多少？
17．某撑竿跳高运动员的身高为，质量为，他在某次比赛中的最好成绩是，该过程中他的重力势能的改变量为多少？（取，设重心在身高一半的位置）
参考答案
1．D
【详解】
ABC．矢量既有大小又有方向，合成时遵循矢量运算（平行四边行定则），标量只有大小，没有方向，求合时遵循代数运算。路程、时间、重力势能只有大小，无方向，都为标量，故ABC错误；
D．速度表示物体运动的快慢和方向，有大小、方向，合成时遵循矢量运算（平行四边行定则），说明速度为矢量，故D正确。
故选D。
2．C
【详解】
一名小学生的质量大约40kg，从地面起跳至最大高度处，重力势能增加
mgh=60J
根据功能关系可知弹跳球一次反弹过程最多能对小学生做的功等于小学生增加的重力势能为60J，C正确，ABD错误。
故选C。
3．B
【详解】
小球在做自由落体运动的过程中，重力做正功，重力势能减小，速度增加，动能增大，故选B。
4．C
【分析】
由题意可知考查对重力势能、动能大小的比较，根据重力势能、动能的表达式分析可得。
【详解】
游客匀速运动速度不变，由动能表达式 可知游客的动能不变，游客距地面高度减小，由重力势能表达式 可知游客的重力势能减小。
故选C。
【点睛】
根据动能和重力势能的表达式直接分析可得。
5．C
【详解】
重力势能跟物体的质量和高度有关系，物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。实验中采用控制变量法来研究重力势能的影响因素。
A． 比较甲和乙，说明质量相等的物体被举得越高，势能越大，故A正确不符合题意；
B． 比较甲和丙，说明在同一高度处，质量越小的物体势能越小，故B正确不符合题意；
C．比较乙和丙时，物体的质量和高度都不相同，不能得出选项C中的结论，故C错误符合题意；
D．根据题意可知，小木桩进入沙中越深，说明物体对木桩做的功越多，故D正确不符合题意。
故选：C。
6．A
【详解】
设物体离地面的高度为H，且速度为v，由题意知
再由匀变速直线运动规律得
解得：
故A正确，BCD错误。
故选A。
7．D
【详解】
物体克服重力做功，说明重力做负功，所以物体高度升高。克服重力所做的功为100J，所以物体的重力势能一定增加了100J。
故选D。
8．C
【详解】
初状态时：重力的分力与摩擦力均沿着斜面向下，且都是恒力，所以物体先沿斜面做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得加速度
当小木块的速度与传送带速度相等时，由于知木块与传送带不能一起匀速下滑，要继续加速运动
A．以地面为零势能面，设传送带长度为l，则有
A错误；
BC．根据动能定理得，共速前
为共速时的位移，共速后
B错误，C正确；
D．共速前，根据位移公式得
为共速时的时间，共速后
D错误。
故选C。
9．D
【详解】
A．根据动能定理得
解得手对物体做功为
选项A错误；
B．由动能定理得
选项B错误；
C．物体的重力做功为
即物体克服重力做功，重力势能增加了，选项C错误；
D．手对物体做功等于物体机械能的增加，则物体机械能增加
选项D正确。
故选D。
10．C
【详解】
根据自由落体运动，物体在下落的第1s内的位移为
h = gt2 = 5m
则根据重力做功与重力势能的关系有
Ep = mgh = 50J
故选C。
11．B
【分析】
人的运动是合运动，其速度v沿绳子方向的分速度大小等于货物的速度，根据几何关系得出货物的速度，再分析其变化．然后根据牛顿第二定律求出绳的拉力T和物体的重力mg的关系．
【详解】
由题意可知，将人的速度v沿绳子和垂直于绳方向分解，如图所示，沿绳的速度大小等于货物上升的速度大小，v货=vsinθ，θ随人向右运动逐渐变大，sinθ变大，若v不变，故货物运动的速度要变大，故A错误．
货物的加速度向上，由牛顿第二定律可知其合力向上，则绳的拉力T大于物体的重力mg，故B正确；末时刻货物的速度大小为v货=vsin600=v，选项C错误；根据能量关系可知，工人做的功等于货物动能和重力势能的增量之和，D错误．故选B．
12．A
【详解】
两个截面积都是S的管子，底部放在同一水平面上，左边内装的高度为h1、密度为ρ的液体，现把连接两管的阀门打开，使两管中液体高度相等，此时液体的高度为h，所以有
因此从左边移到右边的液体体积为
所以这个过程液体的重力势能变化量等于左边上部分的液体移到右边的重力势能变化，也
即重力做的功为
故选A。
13．D
【详解】
A．物体上升的过程，克服重力做功，重力势能增加，A错误；
B．重力对物体做功只与始、末位置有关，与路径无关，B错误；
C．重力势能有正负之分，但重力势能是标量，正负值是相对参考平面而言的，C错误；
D．重力势能与功的单位相同，在国际单位制中都是焦耳（J），D正确。
故选D。
14．BC
【解析】
A、弹簧拉伸时的弹性势能与压缩时的弹性势能的大小关系要通过弹簧的伸长量与压缩量比较，而不是单纯的伸长与压缩，故A错误；
B、发生弹性形变或虽然不是弹性形变，但存在一定的恢复形状的趋势的情况下，物体具有弹性势能，故B正确；
C、由得知，在拉伸长度相同时，k越大的弹簧，它的弹性势能越大，故C正确；
D、当弹簧变长时，它的弹性势能不一定增大，若弹簧处于压缩状态时，弹簧变长，但依然为压缩状态，弹簧的弹性势能减小，故D错误．
故选BC
点睛：弹性势能是因为物体发生弹性形变时，各部分之间存在着弹力相互作用而产生的；
弹性势能的大小随各部分之间相对位置变化而变化，弹性势能是以弹力的存在为前提的；
对于弹簧，弹簧形变量越大，弹性势能越大，形变量包括伸长量和压缩量，据此解答．
15．AB
【详解】
AB．因为三种运动过程中下落的高度相同，所以重力做功相等，根据动能定理可得
解得
因重力做功相同，初动能也相同，故落地时三个小球的动能相等，故AB正确；
C．落地的时间不同，竖直上抛时间最长，竖直下抛时间最短，故C错误；
D．平抛运动的竖直分运动为自由落体运动，故上抛时间最长，下抛时间最短，根据
平均功率不等，故D错误。
故选AB。
16．增加了
【详解】
木块刚好完全没入水中到停在池底的过程，可看作是在池底与木块等体积的“水块”与刚没入水中的木块交换了位置，因此，池水重力势能的改变量就等于这部分水重力势能的增加量，则
即池水的重力势能增加了。
17．
【详解】
解：取地面为零势能面，该运动员的身高为，则他的重心的高度为，在撑竿跳高的过程中，他的重心升高的高度
在重心升高的过程中，其克服重力所做的功
则运动员的重力势能增加了