8.2重力势能 学科素养提升练(解析版)
一、选择题
1.物体在运动过程中,重力做功100J,则以下说法正确的是()
A.物体的高度一定升高了 B.物体的高度可能不变
C.物体的重力势能一定减少100J D.物体的重力势能一定增加100J
2.如图所示,以大小为的水平速度将甲球自点抛出,甲球恰好垂直落在倾角为30°的斜面上。再以大小为的水平速度将乙球自点(未画出)抛出,乙球也能垂直落在该斜面上。甲、乙两个小球的质量相等,不计空气阻力,则甲、乙两球从抛出到落在斜面上的过程中重力做功之比为( )
A.1∶1 B.1∶2 C.1∶4 D.1∶6
3.袋鼠跳是一项很有趣的运动。如图所示,两位同学参加袋鼠跳游戏,他们起跳后向上上升到一定高度后再落回地面,下列说法正确的是( )
A.两位同学的重力势能始终大于零
B.该情景中只能选择水平地面为零势能面
C.两位同学上升过程中克服自身重力做功,重力势能增加
D.两位同学下落过程中自身重力做正功,重力势能增加
4.某同学在练习投篮,如图所示。篮球从掷出到落入篮筐的过程中,其重力势能( )
A.一直减小 B.一直增大
C.先减小后增大 D.先增大后减小
5.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
6.如图所示,小朋友站在“蹦蹦跳”上随踏板跳跃,从状态1到状态2是着地后杆外的弹簧向上弹起并恢复原长的过程。在此过程中关于小朋友的重力势能和弹簧的弹性势能的变化,下列判断正确的是( )
A.减小,增加 B.减小,减小
C.增加,减小 D.增加,增加
7.如图所示,表面光滑的斜面固定在地面上其顶端装有轻质光滑的定滑轮。小物块A、B用轻绳连接并跨过滑轮,A、B处于同一高度并保持静止。剪断轻绳,A、B物块下落到地面。此过程中( )
A.两物块所用的时间相同 B.两物块重力的平均功率相同
C.两物块速度的变化快慢相同 D.两物块重力势能的变化量相同
8.内壁光滑的细管制成直角三角形管道,拐角C处是很小的圆弧,,将管内抽成真空,安放在竖直平面内,边水平,如图所示。从角A处无初速度地释放两个质量不相等的光滑小球,球的直径比管径均略小,第一个小球沿斜管到达B处,第二个小球沿竖直管下落到C再沿水平管运动到B处,不计小球在C处的速率损失,小球到达B处后均静止不动。则( )
A.两小球刚要到达B处时的速度相同 B.两小球从A到达B的过程中重力做功相等
C.两小球从A处运动到B处经历的时间相等 D.小球从A直接沿斜面到B处的时间小于从A经C到B所需的时间
9.关于重力势能,以下说法中正确的是( )
A.某个物体处于某个位置,重力势能的大小是唯一确定的
B.物体做匀速直线运动时,重力势能一定不变
C.只要重力做功,重力势能一定变化
D.重力势能为0的物体,不可能对别的物体做功
10.一质量的小球,从离地面高度的A点自由下落到地面上的点,如图所示。小球可看成质点,取。下列说法正确的是( )
A.小球在点时的重力势能一定为0
B.小球在A点时的重力势能一定为
C.小球从A点下落到点的过程中,重力做的功一定为
D.小球从A点下落到点的过程中,重力做的功一定为
11.两个体重相同的学生分别以图示路径由静止从地面登上高为h的阶梯顶端A。对于这个过程,下列说法正确的是( )
A.两学生的位移相等 B.两学生运动时间一定相等
C.两学生克服重力做功一定相等 D.两学生克服重力做功的平均功率一定相等
12.在体能测试跳绳时,质量为50kg的某同学一分钟跳了150次,若他每次跳起时,重心上升的高度约为,则他一分钟内克服重力做功的大小约为( )
A.2500J B.3675J C.7500J D.375000J
13.某一滑雪运动员从滑道滑出并在空中翻转的过程经多次曝光得到的照片如图所示,每次曝光的时间间隔相等。若运动员的重心轨迹与以相同初速度抛出的小球的运动轨迹重合,、、和表示重心位置,且和处于同一水平高度,为整个运动过程中的最高位置。不计空气阻力,下列说法正确的是( )
A.运动员在、位置时重心的速度相同
B.运动员在位置时的重力势能最大
C.运动员从运动到的过程和从运动到的过程,重力做功相同
D.运动员从运动到的过程,重力做功的瞬时功率越来越小
14.为了安全,跨河大桥通常建成拱形,如图所示,M、N为水平面上的两点,O点为拱桥的最高点,且最高点距离水平面的高度为h。一质量为m的卡车以恒定不变的速率由M经O到达N点。则( )
A.由于M、N在同一水平面上,则卡车在整个运动过程中重力始终不做功
B.卡车在最高点所受的支持力等于重力
C.卡车的最高点所受的支持力小于重力
D.卡车的重力势能先增大后减小,重力先做负功后做正功
15.下列关于势能的几种说法中,正确的是( )
A.势能是由系统中各相互作用的物体的相对位置所决定的能量,势能是系统共有的
B.重力势能的大小是相对的,但变化量大小是绝对的
C.重力做的功等于重力势能的增量
D.在弹性限度内,弹簧的形变量越大,弹性势能也越大
二、解答题
16.如图所示,一质量的铅块(视为质点),用长度的轻绳检着,轻绳另一端固定在点,铅块以点为圆心在竖直面内做圆周运动,A点在点的正下方且离柔面的高度。铅块运动到点时,轻绳恰好断开,滑块水平飞出后从处酒切线方同滑入一倾角的粗糙斜面,滑块与斜面间的动摩擦因数。经段的运动,滑块从光滑小圆弧的处(忽略小圆弧的大小)水平抛出,已知桌面距地而的高度,若铅块在落到地面前恰好跃过高、固定在水平地面上的竖直挡板。若轻绳能承受的最大拉力,不计空气阻力,取重力加速度大小,求:
(1)滑块在A点的速度大小;
(2)滑块在段的运动过程中,重力对滑块做的功;
(3)滑块从处飞出时的速度大小;
(4)点到挡板的水平距离。
17.某同学看到法治节目中报道有人用弹弓射击野生动物,他对此行为表示强烈谴责,为了教育其他同学不要玩弹弓,他想用学过的物理知识来实际测量它的威力。于是他准备了一个与节目中类似的弹弓,如图所示,弹弓两侧的支架各固定有两根完全相同的橡胶管。金属弹珠的直径为10mm。
(1)他首先猜想橡胶管拉伸过程中弹力与形变量的关系满足胡克定律,为了验证猜想进行了实验。由于实验室的传感器量程较小,于是他取其中一根橡胶管进行实验,通过传感器拉动橡胶管,记下它每一次的长度L及对应的拉力F的大小,并在坐标纸上画出图甲所示的图象。为了便于研究,他在老师的启发下将原图象拟合成图乙所示,请你根据图乙,计算出该单根橡胶管的原长L0和劲度系数k;
(2)该同学查阅资料发现,当弹丸发射后的比动能(动能与最大横截面积的比值)超过1.8J/cm2时,就可被认定为被管制危险品,并且满足胡克定律的物体在弹性限度内其弹性势能E与形变量x的关系式可表示为E,在一次测试中,弹弓两侧的橡胶管组被拉至49cm长,请你估算弹珠离开弹弓时的比动能(π取3,结果保留两位有效数字);
(3)该同学在实际测量弹珠射程时发现,当用比较大的弹珠时,它的射程比较小,请你用学过的物理知识解释这一现象。
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参考答案
1.C
【解析】
AB.物体在运动过程中,重力做功100J,则物体高度降低,重力势能减小,故AB错误;
CD.重力做了100J功,物体重力势能减小100J,故D错误,C正确。
故选C。
2.C
【解析】
以大小为的水平速度将甲球自点抛出,甲球恰好垂直落在倾角为30°的斜面上,则
则
若速度变为2v,则
则
则两次重力做功之比
故选C。
3.C
【解析】
AB.两位同学的重力势能是否始终大于零取决于所选的零势能面,而零势能面的选择是任意的,不一定要选择水平地面,AB错误;
CD.两位同学上升过程中克服自身重力做功,重力势能增加,两位同学下落过程中自身重力做正功,重力势能减少,C正确,D错误。
故选C。
4.D
【解析】
篮球从掷出到落入篮筐的过程中,距离地面的高度先增加后减小,根据
EP=mgh
可知,其重力势能先增大后减小。
故选D。
5.B
【解析】
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。
6.C
【解析】
弹簧向上弹起并恢复原长的过程,小朋友克服自身重力做功,重力势能增加,弹簧弹力做正功,弹性势能减小,即增加,减小。
故选C。
7.B
【解析】
AC.剪断轻绳,A自由下落加速度为重力加速度g,B沿斜面下滑,加速度为
故A的加速度大于B的加速度,故A速度的变化较快。又下落到地面过程中,
解得
,
则B下落用的时间较长,故AC错误;
D.初始平衡时,有
两物块下落高度相同,两物块重力势能的变化量分别为
故D错误;
B.A重力的平均功率
B重力的平均功率
故B正确。
故选B
8.C
【解析】
A.两小球刚要到达B处时的速度大小相同、方向不同,故A错误;
B.由于两个小球竖直位移相同,但质量不等,所以两小球从A到达B的过程中重力做功不等,故B错误;
CD.小球在AB管中运动的加速度大小为
运动时间为
小球在AC管中运动的时间为
小球在CB管中运动的时间为
又因为
所以
故C正确,D错误。
故选C。
9.C
【解析】
A.重力势能大小与选取的参考面有关,在同一位置,选取不同的参考面,重力势能的值不同,A错误;
B.如果物体匀速上升,重力势能增加;匀速下降,重力势能减小,B错误;
C,重力做正功,重力势能增加;重力做负功,重力势能减小。重力做多少功,重力势能就变化多少,C正确;
D.如果选取物体所在的位置为参考面,物体的重力势能为0,物体同样可以对别的物体做功,D错误。
故选C。
10.D
【解析】
AB.由于没有确定零势能面,所以无法确定物体在A、B两点时的重力势能的大小,故AB错误;
CD.小球从A点下落到点的过程中,重力做的功为
故D正确,C错误。
故选D。
11.C
【解析】
A.由位移的定义可知,两学生的位移不相等,A错误;
B.由于两学生的位移不相等,且运动速度不知道,故两学生运动时间无法比较,B错误;
C.由于两学生竖直方向上升的高度相同,且两同学体重相同,故克服重力做功一定相等,C正确;
D.由于两学生运动的时间不知道,故两学生克服重力做功的平均功率无法比较,D错误。
故选C。
12.B
【解析】
因为该同学每次起跳时,重心上升,则每一次克服重力做功为
则一分钟内克服重力做功为
故选B。
13.BD
【解析】
A.运动员在A、D位置时重心的速度大小相等,但方向不同,故A错误;
B.运动员在C位置时重心最高,所以重力势能最大,故B正确;
C.两个过程中重力做功的绝对值相等,但是运动员从A运动到C的过程重力做负功,从C运动到D的过程重力做正功,故C错误;
D.运动员从A运动到C的过程,速度在竖直方向的分量越来越小,所以重力做功的瞬时功率越来越小,故D正确。
故选BD。
14.CD
【解析】
AD.由M到O的过程中,卡车向高处运动,重力势能增大,重力做负功,由O到N的过程中,卡车向低处运动,重力势能减小,重力做正功,选项A错误,D正确。
BC.车在最高点时
可得
即所受的支持力小于重力,选项B错误,C正确;
故选CD。
15.ABD
【解析】
A.势能是由系统中各相互作用的物体的相对位置所决定的能量,势能是系统共有的,A正确;
B.重力势能的大小是相对的,但变化量大小是绝对的,B正确;
C.重力做的功等于重力势能的减少量,C错误;
D.在弹性限度内,弹簧的形变量越大,弹性势能也越大,D正确。
故选ABD。
16.(1);(2)0.1J;(3);(4)0.6m
【解析】
(1)滑块在A点时恰好绳断,则
解得
(2)滑块平抛至点,速度方向沿斜面向下,则
解得
A、间的高度
、间的高度
则重力做的功
(3)忽略小圆弧的高度差,滑块在BC段做匀加速直线运动,则
其中
解得
(4)滑块从点水平抛出由
解得
,
17.(1) 34cm和0.7N/cm;(2)4.2J/cm2;(3)发射过程橡胶管的弹性势能完全转化为弹丸的动能,由于橡胶管的弹性势是一定的,当用质量比较大的弹珠发射时,弹珠离开弹弓的初速度减小,弹丸飞行过程可以近似为平抛运动或匀变速直线运动,初速度小则射程小。
【解析】
(1)由图线可知
k0.7N/cm
设橡胶管的原长为L0,当L=40cm时,
F=k(L﹣L0)
L0=34cm
(2)当弹弓拉到49cm时,由机械能守恒弹丸发射后的动能为
Ek=4kx2=40.7×100×(49×10﹣2﹣34×10﹣2)2J=3.15J
弹珠离开弹弓时的比动能为
(3)发射过程橡胶管的弹性势能完全转化为弹丸的动能,由于橡胶管的弹性势是一定的,当用质量比较大的弹珠发射时,弹珠离开弹弓的初速度减小,弹丸飞行过程可以近似为平抛运动或匀变速直线运动,初速度小则射程小。
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