4.4势能 学科素养提升练（Word版含答案）

4.4势能 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．打扫卫生时，甲同学先将凳子缓慢向上搬起，等乙同学打扫后再将凳子缓慢放回原处。此过程中甲同学对凳子的做功情况、以及凳子重力势能的变化情况分别是（　　）
A．甲先做正功后做负功；凳子的重力势能先增大后减小
B．甲先做负功后做正功；凳子的重力势能先减小后增大
C．甲先做负功后做正功；凳子的重力势能先增大后减小
D．甲一直做正功；凳子的重力势能先减小后增大
2．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．，
3．通过物理《必修2》的学习，可以判断下列说法正确的是（　　）
A．匀速圆周运动的加速度是恒定不变的
B．重力做正功时物体的重力势能必增大
C．做竖直上抛运动的物体到达最高点时速度和加速度均为零
D．太阳系所有行星轨道半长轴的立方与周期平方的比值均相同
4．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
5．如图所示，一轻弹簧一端固定于О点，另一端系一重物，将重物从与悬点О在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速地释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆向最低点B的过程中（　　）
A．重力做正功，弹簧弹力不做功，弹性势能不变
B．重力做正功，弹簧弹力做正功，弹性势能增加
C．若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做正功，弹力不做功
D．若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做功不变，弹力不做功
6．宋代诗人苏轼的名句“会挽雕弓如满月，西北望，射天狼”中蕴含了一些物理知识。如图所示，在人将弓拉开的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．人对弓的拉力做正功，弓的弹性势能变大
B．人对弓的拉力做正功，弓的弹性势能变小
C．人对弓的拉力做负功，弓的弹性势能变大
D．人对弓的拉力做负功，弓的弹性势能变小
7．如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设以桌面处为参考平面，则小球落到地面的重力势能和整个过程中重力势能变化分别为（　　）
A．重力势能为，重力势能减少
B．重力势能为，重力势能增加
C．重力势能为，重力势能增加
D．重力势能为，重力势能减少
8．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
9．芜湖轨道交通1号线长30.41km，目前完成热滑试验，进入调试阶段，为轨道交通正式运营做最后的准备工作。如图所示，是一辆正在转弯的轻轨列车，对于车内座椅上的一名乘客一定发生变化的物理量是（　　）
A．乘客受到的合外力大小 B．乘客的速度
C．乘客的动能 D．乘客的重力势能
10．如图所示，运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程，将人和伞看成一个系统，在这两个过程中，下列说法正确的是（ 　　）
A．阻力对系统始终做负功
B．系统受到的合外力始终向下
C．加速下降时，重力做功大于系统重力势能的减小量
D．任意相等的时间内重力做的功相等
11．温州某水上乐园有两种滑道，一种是直轨滑道，另一种是螺旋滑道，两种滑道的高度及粗糙程度相同，但螺旋滑道的轨道更长。某游客分别沿两种不同的滑道由静止从顶端滑下，在由顶端滑至底端的整个过程中，沿螺旋滑道下滑（　　）
A．重力对游客做的功更多
B．到水面游客的动能更大
C．摩擦力对游客做的功更多
D．游客的重力势能减少的更少
12．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
13．小红在玩荡秋千，妈妈把她拉到与竖直方向夹角处由静止释放，如图所示。已知秋千绳长为，小红质量为，摆到最低点时速度大小为，不考虑空气阻力、绳和坐椅的质量。则在小红由静止开始摆到最低点的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．摆到最低点时重力的功率为
B．重力的瞬时功率先增大后减小
C．重力势能减少了
D．摆到最低点时绳子的拉力大小等于重力
14．西双湖风景区内的十七孔桥（如图甲）是除水晶塔之外的又一标志性建筑，它不仅是南北两湖的分界点，更是联系东西两方景区的交通要冲，其模型可简化为图乙。已知孔桥的拱高为h，A、B两点在同一水平面上。一游客在由A点运动到B点的过程中，以下说法正确的是（　　）
A．游客的重力势能先增大后减小，重力先做负功后做正功
B．游客的重力势能先减小后增大，重力先做负功后做正功
C．游客的重力势能先增大后减小，重力先做正功后做负功
D．游客在整个运动过程中重力做功为零
15．如图所示，质量为m的物体静止在地面上，物体上面连着一个轻弹簧，用手拉住弹簧上端上移H，将物体缓缓提高h，拉力F做功WF，不计弹簧的质量，则下列说法错误的是（　　）
A．重力做功－mgh，重力势能减少mgh
B．弹力做功－WF，弹性势能增加WF
C．重力势能增加mgh，弹性势能增加FH
D．重力势能增加mgh，弹性势能增加WF－mgh
二、解答题
16．t=0时刻，质量为m＝0.5kg的物体自由下落，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2。求：
（1）前3s内，物体重力势能的减小量；
（2）第3s末，重力对物体做功的瞬时功率。
17．如图所示，起重机把质量为的货物从静止状态由地面提高高度时，速度达到，求：
(1)货物重力势能的改变量；
(2)起重机对货物所做的总功。
参考答案
1．A
【详解】
甲同学将凳子向上搬起过程中，人对凳子有向上的作用力，凳子向上运动，故人对凳子做正功，凳子的位置升高了，故其重力势能增大；放下过程中，人对凳子的力仍然向上，但凳子运动方向向下，故人对凳子做负功，凳子的位置降低了，故其重力势能减小。故A正确；BCD错误。
故选A。
2．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。
3．D
【详解】
A．匀速圆周运动的加速度的大小是恒定不变的，但是方向时刻改变，所以A错误；
B．重力做正功时物体的重力势能必减小，所以B错误；
C．做竖直上抛运动的物体到达最高点时速度为0但是加速度不为零，加速度等于重力加速度g，所以C错误；
D．根据开普勒第三定律，周期定律可知，太阳系所有行星轨道半长轴的立方与周期平方的比值均相同，所以D正确；
故选D。
4．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。
5．C
【详解】
AB．重物由A点摆向最低点B的运动中，重力做正功，弹簧伸长，弹力对重物做负功，弹簧弹性势能增加，AB错误；
C．若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，重力做正功，由于细绳不可伸长，细绳上弹力一直与重物速度方向垂直，弹力不做功，C正确；
D．若用与弹簧原长相等的细绳代替弹簧后，由于细绳不可伸长，重物下落的高度变小，重力做功变小，细绳上弹力一直与重物速度方向垂直，弹力不做功，D错误。
故选C。
6．A
【详解】
由于人的拉力与弓的形变方向相同，故人对弓做正功；在拉开过程中由于弓的形变量增大，故弹性势能增大。
故选A。
7．D
【详解】
以桌面为参考平面，落地时物体的重力势能为-mgh，初状态重力势能为mgH，即重力势能的变化
所以重力势能减少了
故ABC错误，D正确。
故选D。
8．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。
9．B
【详解】
由于轻轨列车正在转弯，若可看成在水平面做匀速圆周运动，则乘客受到的合外力作为向心力，大小不变，方向指向圆心，乘客的动能、重力势能均不变，乘客的速度始终沿切线方向，大小不变，方向时刻改变，故乘客一定发生变化的物理量是速度，B正确。
故选B。
10．A
【详解】
A．向下运动的过程中，阻力的方向与运动方向相反，则阻力对系统做负功，A正确；
B．加速下降的过程中，加速度方向向下，合力向下，减速下降的过程中，加速度方向向上，合力向上，B错误；
C．无论以什么运动状态运动，重力做功都等于系统重力势能的减小量，C错误；
D．重力做功
由于人做变速运动，相等时间内竖直向下的位移不相等，所以任意相等的时间内重力做的功不相等，D错误。
故选A。
11．C
【详解】
AD．两种轨道的竖直高度相同，根据
WG=mgh
可知，重力对游客做的功相同，游客的重力势能减少相同，选项AD错误；
BC．根据
Wf=μmgcosθ x
可知沿螺旋滑道下滑时，θ更小，x较大，则摩擦力对游客做的功更多，根据动能定理
可知沿螺旋滑道下滑到水面游客的动能更小，选项B错误，C正确；
故选C。
12．B
【详解】
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
13．BC
【详解】
A．摆到最低点时重力与速度方向相垂直，则重力的功率为0，所以A错误；
B．由于开始时初速度为0，重力的瞬时功率为0，最低点时也为0，则重力的瞬时功率先增大后减小，所以B正确；
C．重力做的功为
根据功能关系，则重力势能减少了，所以C正确；
D．摆到最低点时绳子的拉力大小大于重力，为
所以D错误；
故选BC。
14．AD
【详解】
ABC．游客由A到桥顶，重力做负功，重力势能增加，由桥顶到B，重力做正功，重力势能减小，整个过程游客的重力势能先增大后减小，重力先做负功后做正功，故A正确，BC错误；
D．由于A、B等高，则整个过程中重力做功为零，故D正确。
故选AD。
15．ABC
【详解】
重力所做的功为
由于重力做负功，所以重力势能增加，物体缓缓提高说明速度不变，所以物体动能不发生变化，根据功能关系得
所以弹性势能增加，所以弹力做功为
故ABC错误，D正确。
本题选错误的，故选ABC。
16．（1）225J；（2）150W
【详解】
（1）由解得
物体重力势能的减小量
解得
（2）3s末物体的速度为
解得
重力在第3s末做功的瞬时功率为
解得
17．(1)；(2)
【详解】
(1)重力势能的改变量
即重力势能增加了
(2)对货物由动能定理
代入数据得
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