《势能的改变》同步练习2.doc

势能的改变
1．自由下落的物体在下落过程中，其重力做功和重力势能变化的情况为
(　　)
A．重力做正功，重力势能减小
B．重力做正功，重力势能增加
C．重力做负功，重力势能减小
D．重力做负功，重力势能增加
【解析】　物体下落时，重心下降，即重力做正功重力势能减小．
【答案】　A
2．如图2－2－8所示的几个运动过程中，物体弹性势能增加的是(　　)

图2－2－8
A．图甲，跳高运动员从压杆到杆伸直的过程中，杆的弹性势能
B．图乙，人拉长弹簧过程中弹簧的弹性势能
C．图丙，模型飞机用橡皮筋发射出去的过程中，橡皮筋的弹性势能
D．图丁，放在弹簧上的小球被弹簧向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能
【解析】　甲中杆的弹性势能先增大后减小，乙中弹簧的弹性势能增加，丙中橡皮筋的弹性势能减小，丁中弹簧向上弹起的过程中，弹簧的弹性势能减小，故B正确，A、C、D错误．
【答案】　B
3．一根粗细均匀的长直铁棒重600 N，平放在水平地面上．现将其一端从地面抬高0.50 m，而另一端仍在地面上，则(　　)
A．铁棒的重力势能增加了300 J
B．铁棒的重力势能增加了150 J
C．铁棒的重力势能增加量为0
D．铁棒重力势能增加多少与参考平面选取有关，所以无法确定
【解析】　铁棒的重心升高的高度h＝0.25 m，铁棒增加的重力势能等于克服重力做的功，与参考平面的选取无关，即ΔEp＝mgh＝600×0.25 J＝150 J，故B正确．
【答案】　B
4．如图2－2－9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，则下列说法正确的是(　　)

图2－2－9
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
【解析】　由于物体提高h，重力做功－mgh，重力势能增加mgh，A错误．由于物体缓缓升高，物体动能不变，由动能定理得
WF－mgh＋W弹＝0
所以W弹＝mgh－WF，B错误
弹性势能增加－W弹＝WF－mgh
C错误，D正确．
【答案】　D
5．一实心的正方体铁块与一实心的正方体木块质量相等，将它们放在同一水平地面上，下列结论正确的是(水平地面为零势能面) (　　)
A．铁块的重力势能大于木块的重力势能
B．铁块的重力势能小于木块的重力势能
C．铁块的重力势能等于木块的重力势能
D．上述三种情况都有可能
【解析】　由于铁块的密度大于木块的密度，质量相等时，铁块的体积小于木块的体积，因此铁块的重心低于木块的重心，可得铁块的重力势能小于木块的重力势能，故B正确．
【答案】　B
6．(多选)

图2－2－10
用拉力F将一个重为5 N的物体匀速升高3 m，如图2－2－10所示，在这个过程中，下列说法正确的是(　　)
A．物体的重力做了15 J的功
B．拉力F对物体做了15 J的功
C．物体的重力势能增加了15 J
D．合力对物体做的功是15 J
【解析】　物体上升，重力做负功，WG＝－mgh＝－5×3 J＝－15 J，选项A错误；因为物体匀速上升，所以拉力F＝G＝5 N，则拉力做功WF＝Fh＝5×3 J＝15 J，选项B正确；因物体克服重力做功15 J，故物体重力势能增加15 J，选项C正确；因为物体匀速上升，合力为零，则合力不做功，选项D错误．
【答案】　BC

图2－2－11
7．(2013·漳州高一检测)如图2－2－11所示，一质量为m、边长为a的正方体物块与地面间的动摩擦因数为μ＝0.1.为使它水平移动距离a，可以用将它翻倒或向前缓慢平推两种方法，则下列说法中正确的是(　　)
A．将它翻倒比平推前进做功少
B．将它翻倒比平推前进做功多
C．两种情况做功一样多
D．两种情况做功多少无法比较
【解析】　翻倒过程中，外力克服重力所做的功等于重力势能的增加，可通过重心的变化求重力势能的变化量，进而求得外力所做的功．使物块水平移动距离a，需将它翻倒一次，需克服重力做功，使其重心位置由离地h1＝增加到h2＝a，所以至少需做功W1＝mg(h2－h1)＝mg(－1)a；缓慢平推需做功W2＝μmga＝0.1mga<W1.
【答案】　B

图2－2－12
8.如图2－2－12所示，物体在光滑的水平面上匀速运动时具有的动能为20 J，然后物体碰到一轻质弹簧并挤压弹簧，当弹簧被挤压到最短时，弹簧的弹性势能为______J．在物体挤压弹簧的过程中，物体克服弹力做的功为________J．然后物体又被弹簧弹回，物体离开弹簧后所具有的动能为________J．在物体被弹回的过程中弹力对物体做的功为________J.
【解析】　物体压缩弹簧的过程，克服弹力做功，把物体的动能转化为弹性势能．弹簧被挤压到最短时，物体速度为零，动能为零，原来的动能全部转化为弹性势能，所以，弹簧被挤压到最短时所具有的弹性势能为20 J．物体克服弹力做的功为20 J，物体被弹回的过程，弹力对物体做功，把弹性势能转化为物体的动能，物体离开弹簧时弹簧恢复原状，弹性势能全部转化为物体的动能，所以，物体离开弹簧后所具有的动能为20 J．在物体被弹回的过程中，弹力对物体做的功为20 J.
【答案】　20　20　20　20
9．质量为3 kg的物体放在高4 m的平台上，g取10 m/s2，求：(1)物体相对于平台表面的重力势能是多少？
(2)物体相对于地面的重力势能是多少？
(3)物体从平台落到地面上，重力势能变化了多少？重力做的功是多少？
【解析】　(1)以平台为参考平面，物体的重力势能为0.
(2)以地面为参考平面，物体的重力势能
Ep＝mgh＝3×10×4 J＝120 J.
(3)以地面为参考平面，物体落到地面，重力势能变化了ΔEp＝0－120 J＝－120 J，
即重力做功120 J.
【答案】　(1)0　(2)120 J
(3)减少了120 J　120 J
10．质量为5 kg 的钢球，从离地面100 m的高处自由下落1 s，1 s内钢球重力势能减少了________J，1 s末钢球的重力势能为________J(选取地面为参考平面)；如果选取地面上1 m处的水平面为参考平面，1 s末它的重力势能为________J；如果选取自由下落的出发点所在水平面为参考平面，1 s末它的重力势能为_________________________________________J.(g＝10 m/s2)
【解析】　1 s内钢球下落h＝gt2＝×10×12 m＝5 m，则WG＝mgh＝5×10×5 J＝250 J，重力势能减少了250 J，此时钢球离地高度h′＝h0－h＝(100－5)m＝95 m．取地面为参考平面，1 s末钢球的重力势能为Ep1＝mgh1＝5×10×95 J＝4 750 J；若选离地1 m高处为参考平面，则Ep2＝mgh2＝5×10×(95－1) J＝4 700 J；若选自由下落的出发点所在水平面为参考平面，则Ep3＝mgh3＝5×10×(－5) J＝－250 J.
【答案】　250　4 750　4 700　－250
11．起重机以的加速度，将质量为m的物体匀减速地沿竖直方向提升h高度，则起重机钢索的拉力对物体做的功为多少？物体克服重力做功为多少？物体的重力势能变化了多少？(空气阻力不计)
【解析】　由物体运动的加速度，据牛顿第二定律可确定物体所受的合力及钢索对物体的拉力．再由功的定义式及重力做功与重力势能的变化关系求解．
由题意可知，起重机的加速度a＝，物体上升高度h，根据牛顿第二定律得：mg－F＝ma
F＝mg－ma＝mg－m＝mg，方向竖直向上
所以拉力做功WF＝Fhcos 0°＝mgh
重力做功WG＝mghcos 180°＝－mgh，即物体克服重力做功为mgh.又因为WG＝Ep1－Ep2＝－mgh
WG<0　Ep1<Ep2
即物体的重力势能增加了mgh.
【答案】　mgh　mgh　增加了mgh
12．(2013·济南二中检测)在竖直平面内有一个半径为R的圆弧形轨道，一个质量为m的小物块从轨道最高点A由静止滑下，到达最低点B时恰好又静止，如图2－2－13所示．

图2－2－13
(1)物体在下滑过程中受到哪些力的作用？
(2)对物块做功的力各是什么力？其中重力做功为多少？
(3)物体由A到B，其重力势能变化了多少？如何变化？
【解析】　(1)物块在下滑过程中受重力mg，轨道对物体的支持力N及滑动摩擦力f的作用，其中重力mg始终竖直向下，为恒力，而支持力N和滑动摩擦力f为变力．
(2)物体高度降低，重力做正功，支持力始终沿半径指向轨道的圆心O，与物体的运动方向垂直，因此不做功，滑动摩擦力与物块运动方向相反做负功，其中重力做功WG＝mgR.
(3)由于物体所受重力做正功WG＝mgR，则由WG＝－ΔEp得ΔEp＝－mgR＝EPB－EpA，即重力势能减少了mgR.
【答案】　(1)重力、支持力、滑动摩擦力
(2)重力做正功、支持力不做功、滑动摩擦力做负功　mgR
(3)－mgR　重力势能减少