教科版（2019）高一物理必修第二册第四章机械能及其守恒定律-第四节势能阶段练习

高中物理教科版（2019）必修第二册第四章机械能及其守恒定律-第四节势能阶段练习
一、单选题
1．关于弹性势能，下列说法正确的是（　　）
A．发生形变的物体都具有弹性势能
B．重力势能是相对的，弹性势能是绝对的
C．当弹力做功时弹性势能一定增加
D．当物体的弹性势能减小时，弹力一定做了正功
2．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．
3．小芳同学放学回家，假设他的质量是60kg，走楼梯从一楼到三楼她的重力势能增加量最接近的是（　　）
A．600J
B．1500J
C．3000J
D．3600J
4．蓬松的白雪给人以恬静、美丽的感觉，
然而雪崩爆发时，
会以排山倒海之势摧毁沿途的一切，
给人类、给自然界带来灾难。在雪崩过程中，
关于功和能的变化，
下列说法中正确的是（　　）
A．雪从高处落下要克服重力做功
B．雪从高处落下重力不做功
C．雪下落过程中重力势能减少
D．雪下落过程中动能减少
5．如图所示，质量为m的小球，从距桌面h1高处的A点自由落到地面上的B点，桌面离地高为h2．选择桌面为参考平面，则小球
A．在A点时的重力势能为
B．在A点时的机械能为
C．在A点时的重力势能为0
D．落到B点时的动能为
6．一根弹簧的弹力F-伸长量（位移）x图象如图所示，当弹簧的伸长量块由3.0cm变到6.0cm的过程中
A．弹力所做的功是0.45J，弹性势能减少了0.45J
B．弹力所做的功是0.6J，弹性势能减少了0.6J
C．弹力所做的功是-0.45J，弹性势能增加了0.45J
D．弹力所做的功是-45J，弹性势能增加了45J
7．当重力对物体做正功时，物体的（　　）
A．重力势能一定增加，动能一定减小
B．重力势能一定增加，动能一定增加
C．重力势能一定减小，动能不一定增加
D．重力势能不一定减小，动能一定增加
8．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，假设物体在桌面处的重力势能为0，则小球落地时的重力势能及整个下落过程中重力势能的变化为（　　）
A．mgh，减少
B．mgh，增加
C．，增加
D．，减少
9．北京时间2016年2月25日，在巴西进行的2016年跳水世界杯比赛中，中国选手邱波获得十米跳台冠军。如图所示，在邱波离开跳台到入水的过程中，他的重心先上升后下降。在这一过程中，邱波所受重力做功的情况是（
）
A．始终做负功
B．始终做正功
C．先做负功再做正功
D．先做正功再做负功
10．如图所示，一质量为m的小球固定于轻质弹簧的一端，弹簧的另一端固定于O点处，将小球拉至A处，弹簧恰好无形变，由静止释放小球，它运动到O点正下方B点间的竖直高度差为h，速度为v，则（　　）
A．由A到B重力做的功等于mgh
B．由A到B重力势能减少mv2
C．由A到B小球克服弹力做功为mgh
D．小球到达位置B时弹簧的弹性势能为mgh+
11．图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．重力对儿童做负功
B．儿童的重力势能减少
C．儿童重力的功率一直减少
D．儿童刚接触蹦床时速度达到最大
12．据报道：我国一家厂商制作了一种特殊的手机，在电池电能耗尽时，摇晃手机如图所示，即可产生电能维持通话，摇晃手机的过程是将机械能转化为电能，如果将该手机摇晃一次，相当于将100g的重物举高20cm，若每秒摇两次，则摇晃手机的平均功率为（g取10m/s2）（　　）
A．0.04W
B．0.4W
C．4W
D．40W
二、填空题
13．井深8m，井上支架高2m，在支架上用一根长3m的绳子系住一个重100N的物体．若以地面为参考平面，则物体的重力势能为___________；若以井底面为参考平面，则物体的重力势能为______。
14．如图表示一个斜抛物体的运动，当物体由抛出位置1运动到最高位置2时，重力做功是_________。重力势能_________（填增大、减小、不变），由位置1运动到位置3时，重力做功是_________，重力势能_________（填增大、减小、不变）。
15．小明体重为70kg，他从一楼匀速跑到五楼用时20s，已知楼层高为3m，他克服自身重力做功的功率约为__________（g=10m/s2）
16．在飞机场的停机坪上，一辆牵引车正以1m/s的速度将一架质量为50t的飞机拉向跑道。如果一个质量为50kg的短跑运动员以10m/s的速度冲刺，E机___E运动员。以某个水平面为重力的零势能面，A物体的重力势能1J，B物体的重力势能-3J，试比较两物体的重力势能EA____EB。（以上两空填写“>”“<”“=”）
三、实验题
17．在探究弹性势能的大小跟哪些因素有关时，小明提出了如下猜想：
猜想一：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关；
猜想二：弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
猜想三：弹性势能的大小与弹簧的长度有关；
猜想四：弹性势能的大小与弹簧的粗细有关．
(1)为验证猜想一，他设计了如图所示实验，实验时将同一弹簧压缩______（相同/不同）的长度（弹簧被压缩后未超过其弹性限度），将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分析比较木块被推动的距离，从而比较弹性势能的大小；
(2)为验证猜想二，需选用长度和粗细相同、材料不同的两根弹簧，实验时将两根弹簧压______（相同/不同）的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，对数据进行比较分析时，若____________
，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
(3)小明根据实验现象认为：小球和木块移动一段距离后都要停下来，所以弹簧、小球和木块所具有的机械能最终都消灭了，你认为小明的观点对吗，理由是_____________.
18．如图所示，某探究小组设计了“探究橡皮筋的弹性势能与伸长量之间关系”的实验：现将一块长木板放在桌面上调至水平，橡皮筋一端固定在墙上，另一端被静止的小车拉长d，小车释放后沿长木板运动。带动穿过打点计时器的纸带，打点计时器所接交流电源的频率为50Hz，已知小车质量为0.10kg，（不计一切摩擦阻力）请回答：
(1)关于弹性势能，下列说法正确的是_________；（填选项前面的字母）
A．弹簧伸长时有弹性势能，压缩时没有弹性势能
B．弹性限度范围内，同一个弹簧的形变量越大，弹性势能就越大
C．将弹簧压缩相同长度时，劲度系数越大的弹簧具有的弹性势能越小
D．只有弹簧发生弹性形变时才具有弹性势能，其他物体发生弹性形变时不具有弹性势能
(2)若实验进行了三组，每次小车由静止开始运动的位置不同（即橡皮筋的伸长量d不同），分别打出纸带，选择了三种类型的纸带如图乙所示（图中最上面的是直尺），根据纸带数据完成以下表格，其中为小车被橡皮筋拉动的最大速度。
_______；________。
(3)橡皮筋的弹性势能Ep与橡皮筋伸长量d之间的函数关系式是Ep=________。
19．A、B两位同学看到了这样一个结论：“由理论分析可得，弹簧的弹性势能公式为（式中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的形变量）”。为验证这一结论，A、B两位同学设计了如下的实验：
①首先他们都进行了如图甲所示的实验：将一根轻质弹簧竖直挂起，在弹簧的另一端挂上一个已知质量为m的小铁球，稳定后测得弹簧伸长量为d；
②A同学完成步骤①后，接着进行了如图乙所示的实验：将这根弹簧竖直的固定在水平桌面上，并把小铁球放在弹簧上，然后竖直地套上一根带有插销孔的长透明塑料管，利用插销压缩弹簧；拔掉插销时，弹簧对小铁球做功，使小铁球弹起，测得弹簧的压缩量为x时，小铁球上升的最大高度为H；
③B同学完成步骤①后，接着进行了如图丙所示的实验．将这根弹簧放在一光滑水平桌面上，一端固定在竖直墙上，另一端被小球压缩，测得压缩量为x，释放弹簧后，小球从高为h的桌面上水平抛出，抛出的水平距离为L；
（1）A、B两位同学进行图甲所示实验的目的是为了确定_____，用m、d、g表示劲度系数k=_______；
（2）如果成立，那么A同学测出的物理量x与d、H的关系式是：x=_____；B同学测出的物理量x与d、h、L的关系式是：x=______。
参考答案
1．D
【详解】
A．发生完全非弹性形变的任何物体各部分之间没有弹性势能，A错误；
B．重力势能和弹性势能都是相对参考位置而言的，B错误；
CD．根据弹力做功与弹性势能的关系可知，只有弹力做负功时弹性势能才能增加，如果弹力做正功，则弹性势能就会减小，故C错误，D正确。
故选D。
2．D
【详解】
弹簧弹力做的功与弹性势能的关系为
可知，两次弹簧的形变量相等，则
故选D。
3．D
【详解】
从一楼到三楼，上升的高度约6m，所以从一楼到三楼，小芳的重力势能增加量约为
故选D。
4．C
【详解】
雪从高处落下，重力要做正功，重力势能减小，同时动能要增加。
故选C。
5．D
【详解】
AC．选择桌面为参考平面，则在A点时的重力势能为，选项AC错误；
B．在A点时的机械能等于在A点的重力势能，大小为，选项B错误；
D．根据机械能守恒定律可知：
解得落到B点时的动能为
选项D正确．
6．C
【详解】
当弹簧的伸长量块由3.0cm变到6.0cm的过程中，弹簧的弹力做负功，根据平均值法可得弹簧的弹力做功为，所以弹簧的弹性势能增加了，故选项C正确，A、B、D错误；
7．C
【详解】
根据重力做功与重力势能变化的关系得
当重力对物体做正功时，重力势能一定减小
根据动能定理得
当重力对物体做正功时，物体可能还受到其他的力做功，所以对物体做的总功可能是正功，也有可能是负功，也有可能为0，所以物体的动能可能增加，也有可能减小，也有可能不变。
故ABD错误，C正确。
故选C。
8．D
【详解】
因为以桌面为零势能的参考平面，所以对于桌面，地面高度是，则小球落地时的重力势能为；小球在释放点相对桌面高度为，重力势能为，所以小球在整个下落过程中重力势能的变化为
即小球的重力势能减少了
ABC错误，D正确。
故选D。
9．C
【详解】
在邱波离开跳台到入水的过程中，他的重心先上升后下降，故重力势能先增加后减小，故重力先做负功后做正功，故C正确，ABD错误。
故选C。
10．A
【详解】
A．重力做功
W=mgh
与是否受其它力无关，而从A下降到B下降的高度为h，故A正确；
B．从A下降到B的过程中，根据动能定理
重力势能的减小量
故B错误；
CD．在这个过程中，克服弹力做的功
小球到达位置B时弹簧的弹性势能为
故CD错误。
故选A。
11．B
【详解】
AB．从最高点下降到最低点的过程中，重力做正功，重力势能减小，A错误，B正确；
C．从最高点下降到最低点的过程中，先加速后减速，因此重力的功率先增加后减小，C错误；
D．从最高点下降到最低点的过程中，先加速后减速，因此儿童刚接触蹦床时速度不是最大，D错误。
故选B。
12．B
【详解】
摇晃手机的平均功率
故B正确，ACD错误。
故选B。
13．-100J
700J
【详解】
[1]若以地面为参考平面，由题意可知，物体处在参考平面下方h1处，其中
则此时物体的重力势能为
[2]若以井底面为参考平面，由题意可知，物体处在参考平面下方h2处，其中
则此时物体的重力势能为
14．
增大
0
不变
【详解】
[1][2]当物体由抛出位置1运动到最高位置2时，重力做负功，为
物体由低处到高处，重力势能增大；
[3][4]当物体由位置1运动到位置3时，物体从水平面出发，又回到这个水平面，所以重力不做功，重力势能不变。
15．420W
【详解】
[1]
一楼到五楼的高度为
小明克服重力所做的功
他克服重力做功的功率
16．
【详解】
[1]根据动能的公式
飞机的动能
运动员的动能
则有
[2]
因为势能是标量，前面的正负号的物理意义是表示物体在参考面以上还是以下，不表示势能的大小，更不表示方向，即
17．不同
相同
木块被推动的距离不相等
机械能转化为内能（或其他能）
【详解】
(1)此题要改变弹簧的弹性形变大小，因此要将同一个弹簧压缩不同的长度；运用转换法，观察木块被推动距离的远近来比较弹性势能的大小．
(2)为验证猜想二，需选用长度和粗细相同，材料不同的两根弹簧，实验时将两根弹簧压缩相同的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，对数据进行比较分析时，若木块被推动的距离不相等，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
(3)小球推动木块移动一段距离后都要停下来，是因为水平面有摩擦力，木块克服摩擦做功，机械能转化为内能，而不是机械能消失了．故小明的观点是错误的．
18．B
1.60m/s
0.40m/s
【详解】
(1)[1]A．根据弹簧弹性势能公式可知，弹簧伸长时有弹性势能，压缩时同样有弹性势能，故A错误；
B．根据弹簧弹性势能公式可知，弹性限度范围内，同一个弹簧的形变量越大，弹性势能就越大，故B正确；
C．根据弹簧弹性势能公式可知，将弹簧压缩相同长度时，劲度系数大的弹簧具有的弹性势能大，故C错误；
D．任何发生弹性形变的物体都具有弹性势能，故D错误。
故选B；
(2)[2][3]小车匀速运动时，速度最大，有
(3)[4]根据系统的机械能守恒得
Ep与vmax平方成正比．由表格看出，vmax与d成正比，则得Ep与d2成正比，设比例系数为k，则有
将d=0.2m，vm=1.60m/s代入，解得
则
19．弹簧的劲度系数k
【详解】
（1）[1]A、B两位同学做所示实验的目的是测量弹簧的劲度系数k；
[2]当小球静止时，根据平衡条件有
可得
（2）[3]A同学所做的乙实验：将弹簧压缩后释放小球，小球上升的最大高度为H，此过程中弹簧的弹性势能转化为小球的重力势能，根据机械能守恒得
解得
[4]B同学的实验：将弹簧压缩x后释放小球，有
小球离开桌面后，以初速度做平抛运动，则有
，
可得