2021-2022学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第二册4.4势能 课时练习(Word版含答案)

4.4势能 课时练习（解析版）
一、选择题
1．在地面上以初速度把小球竖直向上拋出，经过时间，小球到达最高点。不计空气阻力，在上升过程中，小球的速度v随时间t的变化关系如图所示。在时间内，物体的重力势能（ ）
A．保持不变 B．逐渐减小
C．逐渐增大 D．先增大后减小
2．俯卧撑是常见的无器械健身运动之一、该运动有益于骨骼的坚实、关节的灵活和韧带的牢固，同时能加速血液循环，增大肺活量，促进生长发育，提高运动能力。某位同学做俯卧撑的情景如图所示，某时刻该同学身体降低到基本靠近地板，他保持躯干成一条直线，用力快速撑直手臂。在这个过程中，下列说法正确的是（　　）
A．该同学受到的重力做负功，重力势能增大
B．该同学受到的重力做负功，重力势能减小
C．该同学受到的重力做正功，重力势能减小
D．该同学受到的重力做正功，重力势能增大
3．关于动能的理解，下列说法正确的是（　　）
A．凡是运动的物体都具有动能
B．重力势能可以为负值，动能也可以为负值
C．一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化，速度变化时，动能也一定变化
D．动能不变的物体，一定处于平衡状态
4．某自行车运动员沿斜坡下滑一段距离，重力对他做功为2000J，他克服阻力做功为100J，则他的重力势能（　　）
A．增加2100J B．减少1900J C．增加1900J D．减少2000J
5．重力势能下列说法正确的是（　　）
A．同一高度的两个物体，重力势能一定不同
B．放在地面上的物体，重力势能一定等于零
C．+5J的重力势能和-5J的重力势能一样大
D．物体的重力势能变化，一定有重力对物体做功
6．重力是由于地球的吸引使物体受到的力，在地球表面附近，同一物体先后两次沿不同路径由固定的初位置到达固定的末位置。关于重力做功及物体重力势能变化的下列说法正确的是（　　）
A．运动中物体的重力势能不可能保持不变
B．两次运动中，重力对物体做的功或物体克服重力做的功不可能相同
C．物体在初位置或末位置的重力势能与所选择的重力势能参考平面无关
D．物体重力势能的变化量与运动路径及重力势能的参考平面均无关
7．质量为m的某同学在背越式跳高过程中，恰好越过高度为h的横杆，不计空气阻力，重力加速度为g。则（　　）
A．起跳阶段，地面对人的弹力不做功
B．上升过程中，重力势能增加mgh
C．从起跳最低点到上升最高点过程先失重后超重
D．刚接触海绵垫时，在竖直方向即做减速运动
8．一棵树上有一个质量为0.3kg的熟透了的苹果P，该苹果从树上与A等高处先落到地面C最后滚入沟底D。已知AC、CD的高度差分别为2.2m和3m，以地面C为零势能面，A、B、C、D、E面之间竖直距离如图所示。算出该苹果从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（g取10m/s2）（　　）
A．15.6J和9J B．9J和-9J C．15.6J和-9J D．15.6J和-15.6J
9．某同学把普通高中物理课本《必修二》从地板捡起放回课桌上，在此过程中，课本重力势能的增加量约为（　　）
A．0.3J B．3J C．30J D．300J
10．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．，
11．越野玩具小车行驶在如图所示的路面上，从点经、行驶到点，其中段水平。下列说法正确的是（　　）
A．在段，小车的重力势能减少
B．在段，小车的重力势能不变
C．在段，小车的重力始终做负功
D．在全过程中，小车的重力势能始终都在增加
12．如图所示，弹簧原长，劲度系数为k。先把弹簧缓慢拉伸时拉力为F1；再把它继续缓慢拉伸，即拉伸的总长时拉力为F2，弹簧形变始终在弹性限度内。以下说法正确的是（　　）
A．第一次拉力做功W1与第二次拉力做功之比为1∶2
B．第一次拉伸后的弹簧的弹性势能与第二次拉伸后弹簧的弹性势能之比为1∶4
C．第一拉伸弹性势能的变化与第二次拉伸弹性势能的变化相等
D．拉伸过程中弹簧的弹力做了正功，所以弹簧的弹性势能增加
13．西部偏远山区沟壑纵横，大峡谷内水流湍急，人们出行非常困难。住在大山里的人们发挥聪明才智，在大峡谷两侧的悬崖峭壁上一高一低固定一根很长的绳索，人们出行和运送货物主要靠挂在绳索上的滑轮以及悬挂在滑轮下面的货箱来实现，让货箱从较高的悬点由静止开始自由滑下至另一端较低点，如图所示。不计一切阻力（滑轮与悬挂货箱的竖直绳子的质量忽略不计），在滑行过程中，货箱和货物（可视为质点）（　　）
A．滑到最低点时处于平衡状态
B．滑到最低点时所受合力方向竖直向上
C．从最高点滑到最低点的过程中，重力势能不断减小
D．一直做匀加速直线运动
14．如图所示，一个物体在A时，弹簧处于原长，将物体从A推到B时，弹力做功W1；将物体从A推到B再推到C最后再回到B，弹力做功W2.下列说法正确的是（　　）
A．W1B．W1＝W2
C．上述两个过程中弹簧的弹性势能变化不同
D．上述两个过程中弹簧的弹性势能均增加－W1
15．如图所示，某商场售货员在倾角为的斜面上，用平行于斜面向下的力由静止开始匀加速推动一木箱。若推力大小为，木箱的质量为，木箱与斜面间的动摩擦因数为，g取，则在木箱沿斜面移动的过程（ ）
A．木箱重力势能减小了 B．摩擦力对木箱做功为
C．合外力对木箱做功为 D．木箱获得的速度大小为
二、解答题
16．（1）试在下述情景下由牛顿运动定律推导出动能定理的表达式：在水平面上，一个物块水平方向只受到一个恒力作用，沿直线运动。要求说明推导过程中每步的根据，以及式中各符号和最后结果中各项的意义。
（2）如图所示，一根轻质弹簧上端固定在天花板上，下端连接一个小球。以小球的平衡位置O为坐标原点，竖直向下建立x轴。已知弹簧的劲度系数为k，弹簧始终处于弹性限度内。如果把弹性势能与重力势能的和称为系统的势能，并规定小球处在平衡位置时系统的势能为零，请根据“功是能量转化的量度”，证明小球运动到O点下方x处时系统的势能。
17．如图所示，弹簧的一端固定，另一端连接一个物块（可视为质点），弹簧质量不计。物块的质量为m，在平桌面上沿x轴运动。以弹簧原长时物块的位置为坐标原点O，当弹簧的伸长量为x时，物块所受弹簧弹力大小F=kx，k为常量。
（1）请画出F随x变化的图像，并根据F-x图像求物块沿x轴从点O运动到位置x的过程中弹力所的功。
（2）物块由x1向右运动到x3，然后由x3返回到x2。求在这个过程中弹力所做的功及弹性势能的变化量。
参考答案
1．C
【详解】
在0 ~ t1时间内，小球的重力做负功，则重力势能增大。
故选C。
2．A
【详解】
该同学用力快速撑直手臂时，身体的重心上升，重力方向与位移方向相反，则受到的重力做负功，重力势能增大。
故选A。
3．A
【详解】
A．凡是运动的物体都具有动能。A正确；
B．重力势能可以为负值，动能不可以为负值。B错误；
C．一定质量的物体，动能变化时，速度一定变化，速度变化时，如果只是方向变化，则动能不变。C错误；
D．动能不变的物体，可能速度大小不变而方向变化，则物体不是处于平衡状态。D错误。
故选A。
4．D
【详解】
重力对他做功为2000J，则重力势能减少2000J。
故选D。
5．D
【详解】
A．地球上同一位置，同一高度的两个质量相同的物体，重力势能相同，选项A错误；
B．放在地面上的物体，当选取地面为零重力势能点时，重力势能一定等于零，选项B错误；
C．+5J的重力势能比-5J的重力势能大，选项C错误；
D．物体的重力势能变化，一定有重力对物体做功，选项D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．由重力势能的定义可知，运动中物体只要高度不变，重力势能就保持不变，A错误；
B．两次运动的初末位置相同，故重力对物体做的功或物体克服重力做的功相同，B错误；
C．重力势能具有相对性，故物体在初位置或末位置的重力势能与所选择的重力势能参考平面有关，C错误；
D．物体重力势能的变化量与运动路径及重力势能的参考平面均无关，只与初末位置的高度差有关，D正确。
故选D。
7．A
【详解】
A．起跳阶段，地面对人的弹力作用点始终没有离开地面，并没有向上的位移，故地面对人的弹力不做功。故A正确；
B．上升过程中，重心高度增加小于h，则人的重力势能增加小于mgh，故B错误；
C．起跳到上升过程，加速度先向上，后向下，所以该先同学先超重后失重，故C错误；
D．刚接触海绵垫时，重力大于海绵垫的弹力，加速度向下，该同学在竖直方向上向下加速运动，当海绵垫的弹力大于该同学的重力后，该同学即做减速运动，故D错误。
故选A。
8．C
【详解】
以地面C为零势能面，根据重力势能的计算公式得D处的重力势能
Ep=mgh=0.3×10×（-3）J=-9J
从A下落到D的过程中重力势能的减少量
ΔEp=mgΔh=0.3×10×（2.2＋3）J=15.6J
故选C。
9．B
【详解】
一本物理课本的质量
课桌高度约为1m，从地板捡起放回课桌上，重力做功
课本重力势能的增加量约为3J。
故选B。
10．A
【详解】
设桌面为零势能面，将链条分成水平部分和竖直部分两段，水平部分的重力势能为零，竖直部分的重心在竖直段的中间，高度为，而竖直部分的重力为，重力势能
绳子刚好全部离开桌面，则高度为，而竖直部分的重力为，重力势能
重力势能的变化量
重力做的功
故A正确，BCD错误。
故选A。
11．B
【详解】
ABD．根据可知，在段，小车的重力势能随高度的升高而增大；在段，小车的重力势能不变；在段，小车的重力势能随高度的降低而减小；故AD错误，B正确；
C．在段，小车的重力势能减小，重力始终做正功，故C错误。
故选B。
12．B
【详解】
A．第一次拉力做功W1与第二次拉力做功之比为
A错误；
B．根据功能关系，弹开克服拉力做功等于弹簧增加的弹性势能，所以第一次拉伸后的弹簧的弹性势能与第二次拉伸后弹簧的弹性势能之比为1∶4。B正确；
C．根据功能关系，第一拉伸弹性势能的变化为
第二次拉伸弹性势能的变化为
所以两次弹性势能的变化之比为1:3，C错误；
D．拉伸过程中弹簧的弹力做了负功，所以弹簧的弹性势能增加。D错误。
故选B。
13．BC
【详解】
ABD．由于绳索很长，所以货箱和货物在滑行的过程中，绳索是弯曲的，货箱和货物做曲线运动，货箱和货物沿绳索到达最低点时做圆周运动，合力竖直向上提供向心力，选项AD错误，选项B正确；
C．从最高点滑到最低点的过程中，货箱和货物的重力一直做正功，重力势能减小，选项C正确。
故选BC。
14．BD
【详解】
对于同一弹簧，其弹性势能的大小取决于它的形变量，将物体由A推到B和将物体由A推到B再推到C最后再回到B的弹簧形变量相同，故有
W1＝W2
而且均是弹力做负功，即外界对弹簧做正功，故弹簧弹性势能均增加- W1，则AC错误，BD正确。
故选BD。
15．BC
【详解】
A．向下移动过程中，重力做功为
故重力势能减小，故A错误；
B． 摩擦力大小为
故摩擦力对木箱做功为
故B正确；
C．合力大小为
故合外力对木箱做功为
故C正确；
D．根据动能定理得
木箱获得的速度大小为
故D错误。
故选BC。
16．（1）见解析；（2）见解析
【详解】
（1）物块水平方向只受到一个恒力作用，将沿水平面做匀变速直线运动。设恒力为，物块的加速度为，在时间内，物块的初速度为，末速度为，位移为。根据牛顿第二定律
根据匀变速直线运动的规律
则
式中为恒力做的功，为物块动能的变化量。
（2）小球在点时，设弹簧的形变量为，则此时弹簧的弹力
在小球从点运动到点下方处的过程中，弹簧的弹力随变化的情况如下图所示
图线下的面积等于弹力做的功
当小球运动到点下方处时，弹簧的弹性势能
小球的重力势能
所以，系统的势能
17．（1），；（2），
【详解】
（1）图像如下图所示
物块沿x轴从O点运动到位置x的过程中，弹力做负功，F~x图线与x轴所围成的面积等于弹力做功大小，则弹力做的功为
（2）物块由x1向右运动到x3的过程中，弹力做功为
物块由x3向左运动到x2的过程中，弹力做功为
则整个过程中，弹力做功为
弹性势能的变化量为