8.2重力势能 课时提升练(解析版)
一、选择题
1.如图所示,一小球以速度从倾角为的斜面底端斜向上抛出,落到斜面上的M点且速度水平向右,现将该小球以的速度从斜面底端的同一位置朝同样方向抛出,落在斜面上的N点,空气阻力不计,下列说法正确的是( )
A.落到N点时速度方向水平向右
B.落到M和N两点时间之比为
C.M和N两点距离斜面底端的水平距离之比为
D.小球从抛出点到落到M和N两点的两次过程中克服重力做功之比为
2.下列关于重力势能和弹性势能的相关说法中,正确的是( )
A.重力势能数值与重力做功密切相关,重力做功与路径无关
B.放在地面上的物体没有重力势能,只有放在高于地面处物体才具有重力势能
C.弹簧只要有形变,就一定具有弹性势能
D.选择不同的参考点,在同一位置物体的重力势能数值可能不同,而该物体在同一运动过程中重力势能的变化总是相同的
3.(多选)如图所示,一棵树上的每个苹果质量均为0.4kg熟透的苹果会从树上落到地面C,或者滚入沟底D,已知AC、CD的高度分别为2.2m和3.0m,以地面C为零势能面,A、B、C、D、E面之间的竖直距离如图所示,,则下列说法正确的是( )
A.一个苹果在D处的重力势能是
B.两个苹果从A落下到D的过程中重力势能的减少量为20.8J
C.人和落在地面C处的苹果的重力势能与零势能面的选取有关
D.以任何位置为零势能面,苹果在C处的重力势能都为零
4.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
5.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
6. 两个完全相同的小球,在同一高度处以相同大小的初速度分别沿水平方向和竖直方向抛出,最后都落到同一水平地面上。不计空气阻力,则下列说法中正确的是( )
A.两小球落地时速度相同
B.从抛出至落地,重力对两小球做的功相同
C.两小球落地时,重力的瞬时功率相同
D.从抛出至落地,重力对两小球做功的平均功率相同
7.刀削面是人们喜欢的面食之一,全凭刀削得名。如图1所示,将一锅水烧开,拿一块面团放在锅旁边较高处,用刀片飞快地削下一片片很薄的面片,使面片飞向旁边的锅里。若一面片获得了水平方向的初速度,飞出时离锅内水面的竖直距离约0.80m,如图2所示。不计空气阻力,取重力加速度g=10m/s2。在空中运动的过程中,面片的重力势能( )
A.先增大后减小 B.逐渐增大
C.保持不变 D.逐渐减小
8.如图,“天问一号”火星探测器在发射的初始阶段加速上升,此过程中探测器的( )
A.重力势能减小 B.重力势能增加 C.动能逐渐减小 D.动能保持不变
9.如图所示,在高出地面H的A点将小球m竖直上抛,初速度为v0,则下列说法中正确的是( )
A.小球在A点时,重力势能为mgH
B.小球在A点时,重力势能为零
C.整个运动过程,重力势能的变化量为-mgH
D.整个运动过程,重力势能的变化量为mgH
10.弹簧发生弹性形变时产生了弹力,具有了弹性势能。弹簧的弹力可对外做正功,也可对外做负功,弹簧的弹力做功,弹簧的弹性势能变化;弹簧的弹性势能变化,弹簧的弹力必做功。下列关于弹簧弹力的功、弹簧弹性势能及其变化的下列说法正确的是( )
A.弹簧的弹力做正功时,弹簧的弹性势能增加
B.弹簧的弹力做负功时,弹簧的弹性势能减少
C.弹簧的弹力做功为零的过程中,弹簧的弹性势能一定保持不变
D.同一弹簧的伸长量与压缩量相等时,弹簧的弹性势能也相等
11.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
12.“套圈圈”是许多人喜爱的一种游戏,若小圆环的运动视为平抛运动,在空中运动的过程中,小圆环的重力势能( )
A.逐渐减小
B.保持不变
C.逐渐增大
D.先增大后减小
13.质量的小球,从距桌面高的A点下落到地面的B点,桌面高,,以下判断正确的是( )
A.以地面为零势能面,小球在A点的重力势能为1J
B.以桌面为零势能面,小球在B点的重力势能为0.8J
C.整个下落过程中小球重力做功1.8J
D.整个下落过程中小球重力势能变化了1J
14.如图所示,质量为m的物体放在水平地面上,体上方安装一劲度系数为k的轻弹簧,在弹簧处于原长时,用手拉着其上端P点很缓慢地向上移动,直到物体脱离地面向上移动一段距离.在这一过程中,P点的位移为H,则物体所受重力做功大小为( )
A.mgH B.mgH+ C.mgH- D.mgH-
15.物体做自由落体运动,表示重力势能,h表示下落的距离,以水平地面为零势能面,下列图像中能正确反映和h之间关系的是( )
A.B.C.D.
二、解答题
16.如图甲所示,长为4 m的水平轨道AB与半径为R=0.6 m的竖直半圆弧轨道BC在B处平滑连接,有一质量为1kg的滑块(大小不计)从A处由静止开始受水平力F作用而运动,F随位移变化的关系如图乙所示(水平向右为正),滑块与AB间的动摩擦因数为μ=0.25,与BC间的动摩擦因数未知,g取10 m/s2。
(1)求滑块到达B处时的速度大小;
(2)求滑块在水平轨道AB上运动前2m过程所用的时间;
(3)若到达B点时撤去力F,滑块沿半圆弧轨道内侧上滑,并恰好能到达最高点C,则滑块在半圆弧轨道上克服摩擦力所做的功是多少?
17.如图所示,质量为50kg的跳水运动员从10m高跳台上以4m/s的速度斜向上起跳,最终落入水中。若忽略运动员的身高,重力加速度g=10m/s2,求:
(1)以水面为参考平面,运动员在跳台上具有的重力势能;
(2)运动员从起跳到入水的全过程,重力所做的功。
参考答案
1.AC
【详解】
由于落到斜面上M点时速度水平向右,故可把质点在空中的运动逆向看成从M点向左的平抛运动,设在M点的速度大小为u,把质点在斜面底端的速度v分解为水平u和竖直,由
得空中飞行时间
落到M和N两点时间之比为1:2,v和水平方向夹角的正切值
为定值,即落到N点时速度方向水平向右, B错误A正确;
C.根据
知,即v与u成正比,故落到M和N两点速度之比为1:2,再结合
可知,水平方向上距离之比为1:4,C正确;
D.由
知y和成正比,M和N两点距离斜面底端的高度之比为1:4,小球从抛出点到落到M和N两点的两次过程中克服重力做功之比为,D错误。
故选AC。
2.AD
【详解】
A.重力势能数值与重力做功密切相关,重力做功与路径无关,选项A正确;
B.物体的重力势能与零势能面的选择有关,若选择地面以外的其他位置为参考平面时,放在地面上的物体仍有重力势能,选项B错误;
C.弹簧发生弹性形变才具有弹性势能,发生塑性形变,则不一定具有弹性势能。故C错误;
D.选择不同的参考点,在同一位置物体的重力势能数值可能不同,由于重力势能变化具有绝对性,则该物体在同一运动过程中重力势能的变化总是相同的,选项D正确。
故选AD。
3.AC
【详解】
A.以地面C为零势能面,一个苹果在D处的重力势能是
故A正确;
B.两个苹果从A处下落到D处重力做的功
故重力势能减少,故B错误;
C.人和落在地面C处的苹果的重力势能大小与零势能面的选取有关,故C正确;
D.以不同位置为零势能面,苹果在C处的重力势能不同,故D错误。
故选AC。
4.C
【详解】
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。
5.C
【详解】
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。
6.B
【详解】
A.由运动的合成分解可知,两小球落地时的速度大小相同,但方向不同,故A错误;
B.由重力做功的特点可知,在空中运动的整个过程中,重力做的功相同,故B正确;
C.由
P=mgvcosθ
可知两小球落地时,重力的瞬时功率不相同,故C错误;
D.从抛出至落地,重力对两小球做的功相同,但两小球运动的时间不同,重力对两小球做功的平均功率不相同,故D错误。
故选B。
7.D
【详解】
在空中运动的过程中,重力对面片做正功,面片的重力势能逐渐减小,故选D。
8.B
【详解】
“天问一号”火星探测器在发射的初始阶段加速上升,“天问一号”火星探测器的位置升高,则重力势能增加,速度增大,则动能增加,故B正确,ACD错误。
故选B。
9.C
【详解】
AB.物体重力势能的大小与零势能参考面的选取有关,由于本题零势能参考面未确定,所以小球在A点时,重力势能可能为mgH,也可能为零,故AB错误;
CD.整个运动过程中,根据功能关系可知,物体重力势能的变化量为
故C正确,D错误。
故选C。
10.D
【详解】
AB.弹簧的弹力做正功时,弹性势能转化为其他形式的能量,弹簧的弹性势能减少,弹簧的弹力做负功时,其他形式的能量转化为弹性势能,弹簧的弹性势能增加,AB错误;
C.弹簧的弹力做功为零,表示弹簧的初末状态弹性势能相等,但弹性势能不一定总保持不变,C错误;
D.弹性势能与形变量有关,同一弹簧的伸长量与压缩量相等时,弹簧的弹性势能也相等,D正确。
故选D。
11.C
【详解】
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。
12.A
【详解】
小圆环在空中运动过程中,距地面的高度逐渐减小,由重力势能表达式
知小圆环的重力势能逐渐减小,故A正确,BCD错误。
故选A。
13.C
【详解】
A.以地面为零势能面,小球在A点的重力势能为
故A错误;
B.以桌面为零势能面,小球在B点的重力势能为
故B错误;
C.整个下落过程中小球重力做功为
故C正确;
D.整个下落过程中小球重力势能变化了
故D错误。
故选C。
14.C
【详解】
物体升高的高度为
物体重力所做的功为
mgH-
故选C。
15.B
【详解】
设初始位置距地面的高度为H,则
整理得
图像时一次函数。
故选B。
16.(1)m/s;(2);(3)5J
【详解】
(1)对滑块从A到B的过程,由动能定理得
得
vB=m/s
(2)在前2 m内,由牛顿第二定律得
F1-μmg=ma
且
解得
(3)当滑块恰好能到达最高点C时,有
对滑块从B到C的过程,由动能定理得
代入数值得
W=-5 J
即克服摩擦力做的功为5 J。
17.(1)5000J;(2)5000J
【详解】
(1)以水面为参考平面,则水平面处重力势能为0,运动员在跳台上的重力势能为
(2)运动员从起跳到入水的全过程,重力所做的功为