1.4势能的变化与机械功基础巩固（word版含答案）

1.4势能的变化与机械功基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）必修第二册
一、选择题（共15题）
1．质量相等的甲、乙两物体从离地面相同高度处同时由静止开 始下落，运动中两物体所受阻力的特点不同，其v-t图象如图．则下列判断正确的是：
A．t0时刻甲物体的加速度小于乙物体的加速度
B．t0时刻甲物体所受阻力较小
C．0~t0时间内，甲、乙两物体重力势能的变化量相同
D．0~t0时间内，甲物体克服阻力做的功和乙相同
2．下列物理量中，属于矢量的是
A．动能 B．功 C．向心加速度 D．重力势能
3．质量为m的物体从地面上方H高处无初速释放，落在地面后出现一个深度为h的坑，如图所示，在此过程中（　　）
A．重力对物体做功为mgH B．物体克服阻力做功为mgH
C．地面对物体的平均阻力为 D．物体克服阻力做功为mg（H+h）
4．三峡水力发电站是我国最大的水力发电站，三峡水库蓄水后，平均水位落差约100m。假设通过水轮机以后水的动能为零，下列说法正确的是（　　）
A．水下落过程中重力势能增加 B．水下落过程中机械能增加
C．水减少的一部分机械能转化为电能 D．重力对水做负功
5．物体在某运动过程中，重力对它做了40J的负功，下列说法中正确的是（　　）
A．物体的运动路径一定是竖直向上的直线
试卷第1页，共3页
B．物体的重力势能一定增加了40J
C．物体的重力势能一定减少了40J
D．物体重力势能的改变量不一定等于40J
6．直立在桌面上的均匀圆柱体质量为m,高为h，桌子高为H，则下列说法正确的是( )
A．圆柱体的重力势能为mgh
B．圆柱体的重力势能为mg(H+h)
C．圆柱体的重力势能为mg(H+)
D．圆柱体的重力势能可能为零
7．如图所示为儿童蹦极的照片，儿童绑上安全带，在两根弹性绳的牵引下上下运动。在儿童从最高点下降到最低点的过程中（　　）
A．合力对儿童一直做负功
B．合力对儿童一直做正功
C．儿童的动能一直不变
D．儿童的重力势能减少
8．如图桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下。取桌面处的重力势能为零，那么小球落地时的重力势能及整个过程中重力势能的变化量分别为（　　）
A．mgh，减少mg（H-h） B．mgh，增加mg（H+h）
C．mgh，增加mg（H-h） D．-mgh，减少mg（H+h）
9．关于动能和势能，下列说法正确的是（　　）
A．把质量M的物体放在桌面上，该物体重力势能的大小是唯一确定的
B．物体做匀速直线运动时，动能和重力势能—定不变
C．只要重力对物体做功不为零，物体的重力势能—定变化
D．当弹簧长度增大时，其弹性势能也随之增大
10．在深井里的同一点以相同的初动能将两个质量不同的物体竖直向上抛向井口，选取地面为零势能面，不计空气阻力，在它们各自达到最大高度时，下列说法中正确的是（ ）
A．质量大的物体势能一定大 B．质量小的物体势能一定大
C．两个物体的势能一定相等 D．两个物体的势能可能相等
11．潮汐能是一种很有潜力的待开发的新能源．图是双向潮汐发电站示意图．

（a）涨潮时，水经通道进入海湾，待内外水位高度相同，堵住通道，潮落至最低时放水发电如图
（b）．待内外水面高度相同，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，再放水发电如图
（c）．设海湾面积为S，涨潮与落潮水位差为h，海水密度为ρ，则一次涨、落潮可以发电的海水势能为（　　）
A．ρSh2 B．
C．ρSh2g D．
12．如图所示，为小朋友在蹦床上玩耍的照片，在他从与蹦床接触到运动到最低点的过程中，关于小朋友对蹦床作用力所做的功、蹦床弹性势能变化情况，下列说法正确的是（　　）
A．正功，增大
B．正功，减小
C．负功，增大
D．负功，减小
13．如图所示，一长为L，质量为m的匀质链条，开始时用手按住A端，放在光滑的桌面上，有的长度悬在桌边缘，松手后，链条滑离桌面，从开始到链条刚滑离桌面过程中整个链条的重力势能变化了（　　）
A．mgL B．mgL C．-mgL D．-mgL
14．如图所示，撑杆跳是运动会中非常具有观赏性的比赛项目，用于撑起运动员的杆要求具有很好的弹性。运动员助跑时杆未发生形变，撑杆起跳后杆弯曲程度逐渐变大，到运动员水平越过横杆时，杆竖直且恢复形变。下列说法正确的是（　　）
A．杆的弹性势能先增大后减小 B．杆一直对运动员做负功
C．运动员越过横杆正上方时动能为零 D．以上说法均错误
15．如图所示，轻弹簧下端系一重物，O点为其平衡位置（即重力和弹簧弹力大小相等的位置），今用手向下拉重物，第一次把它直接拉到A点，弹力做功为W1，第二次把它拉到B点后再让其回到A点，弹力做功为W2，已知，弹簧始终在弹性限度内，则这两次弹力做功的关系为（　　）
A． B． C． D．
二、填空题（共4题）
16．重力势能的相对性
（1）参考平面：物体的重力势能总是相对于___________来说的，这个___________叫作参考平面，在参考平面上物体的重力势能取为___________。
（2）重力势能的相对性：Ep=mgh中的h是物体重心相对___________的高度。选择不同的参考平面，物体重力势能的数值是___________的，但重力势能的差值___________。（后两空选填“相同”或“不同”）
（3）标矢性：重力势能为___________量，其正负表示重力势能的大小。物体在参考平面上方时，物体的高度为正值，重力势能为___________值；在参考平面下方时，物体的高度为负值，重力势能为___________值。
17．如图所示，小汽车以一定速度通过圆弧凹形桥的最低点，桥面对汽车的支持力__________（选填“高于”“低于”“等于”） 汽车受到的重力．汽车在桥面最低点的重力势能________（选填“高于”“低于”“等于”）它在水平路面上的重力势能
18．某人用10N的恒力F，通过滑轮把质量为2.5kg的物体M从静止开始拉上光滑固定的斜面，斜面倾角为30°，如图所示，恒力F的方向与斜面成60°，2s内物体M的重力势能增加了_________J，恒力F做功的平均功率为为____________W。
19．小明同学平时使用带弹簧的圆珠笔写字，她想估测里面小弹簧在圆珠笔尾端压紧情况下弹性势能的增加量。请你帮助他完成这一想法。
（1）实验的步骤和要测量的物理量如下∶
①将圆珠笔紧靠__________竖直放在平面上；
②在桌面上将圆珠笔尾端压紧，记下笔尖处的读数；
③突然放开圆珠笔，记下笔尖到达最高处的读数；
④用__________测出圆珠笔的质量m。
（2）已知当地重力加速度为g，则弹性势能增加量的表达式△Ep=__________。
三、综合题（共4题）
20．质量是5 kg的铜球，从离地面15 m高处自由下落1 s，其重力势能变为_________J ．(g取10m/s2，取地面为参考平面)
21．如图所示，有一条长为L、质量为m的均匀金属链条，一半长度在光滑斜面上，斜面倾角为θ，另一半长度沿竖直方向下垂在空中，当链条从静止开始释放后链条滑动，以斜面最高点为重力势能的零点，求：
（1）开始时和链条刚好从右侧全部滑出斜面时重力势能各是多大？
（2）此过程中重力势能减少了多少？
22．某同学制作了一个“竖直加速度测量仪”，可以用来测量竖直上下电梯运行时的加速度，其构造如图（a）所示。把一根轻弹簧上端固定在小木板上，下端悬吊0.9N重物时弹簧下端的指针指木板上刻度为C的位置，把悬吊1.0N重物时指针位置的刻度标记为0，以后该重物就固定在弹簧上，和小木板上的刻度构成了一个“竖直加速度测量仪”。
（1）请在图中除0以外的6根长刻度线旁，标注加速度的大小，示数的单位用m/s2表示，加速度的方向向上为正、向下为负。说明标注的原理。
（2）如图（b）所示，若以小球的平衡位置0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0点下方x处时系统的势能。
（3）势能也叫位能，与相互作用的物体的相对位置有关。物体的重力势能总是相对于某一个水平面来说的，选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，在参考平面上方的物体重力势能是正值，在参考平面下方的物体重力势能是负值：请问弹簧的弹性势能可以是负值吗？请用学过的理论分析论证你的观点。
23．生活中常见的闭门器主要依靠弹性形变后储存的弹性势能自动将打开的门关闭，如图所示。当门打开和关闭时，弹簧的弹力分别对外做正功还是负功 能量又如何转化
参考答案：
1．B
2．C
3．D
4．C
5．B
6．D
7．D
8．D
9．C
10．B
11．C
12．A
13．C
14．A
15．D
16． 某一水平面 水平面 0 参考平面 不同 相同 标 正 负
17． 大于 低于
18． 25J 15W
19． 直尺 天平
20．500
21．（1）－mgL（1＋sin θ） －mgL
（2）mgL（3－sin θ）
22．
（1）标注加速度大小如图所示
这样标注的原理：因为悬挂0.9N的重物时，指针在C处，悬挂1.0N的重物时指针在0处，重物增加了0.1N，弹簧伸长了两个大格，所以每个大格代表0.05N，由
知
所以每一个大格代表的加速度是0.5m/s2，加速度方向向上时，系统处于超重状态，指针向下移动，移动到0刻线下方第一条长刻度线时，加速度为0.5m/s2，移动到第二条长刻度线时加速度为1.0m/s2，往下以此类推；加速度方向向下时，系统处于失重状态，指针向上方移动，指针移动到0刻线上方第一条长刻度线时，加速度为-0.5m/s2，负号表示方向向下，同理移动到第二条和第三条长刻度线时加速度分别为-1.0m/s2和-1.5m/s2。
（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
（3）弹性势能可以为负值，由于高中阶段习惯选择弹簧处于原长时，弹性势能为零的参考点，所以当把弹簧拉长或者压缩时，根据功能关系可知外界对弹簧都是做正功，则弹簧弹性势能均增大，所以不可能为负值。其实不然，弹性势能的零点原则上可以任意选取，如果弹性势能的零点不选择在自由长度处，则系统在任意状态下的弹性势能不总是正值，即在某些状态下可能是正值，而在另外一些状态下可能是负值。例如：若规定弹簧伸长3cm的时候弹性势能为0，那它伸长2cm时势能就是负的。
23．
弹簧门依靠弹簧形变后储存的弹性势能能够自动将打开的门关闭。当将弹簧门打开时，需要克服弹簧的弹力做功，即弹簧的弹力对外做负功，弹性势能增大；当弹簧门关闭时，弹簧的弹力对外做正功，弹性势减小。
答案第1页，共2页