必修2物理第四章3势能课时作业(教科版附答案和解释)

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必修2物理第四章3势能课时作业(教科版附答案和解释)

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来源莲山
课 件 w w w.5y K J.Co m  
一、选择题
1.关于重力做功和物体的重力势能,下列说法不正确的是(  )
A.重力对物体做正功时,物体的重力势能一定减少
B.物体克服重力做功时,物体的重力势能一定增加
C.地球上任何一个物体的重力势能都是一个确定值
D.重力做功的多少和重力势能的变化都与参考平面的选取无关
解析:选C.重力对物体做正功,重力势能一定减少,物体克服重力做功,表明重力对物体做负功,物体的重力势能一定增加,故A、B均正确;物体的重力势能的大小与所选取的零势面位置有关,不同的参考平面,对应不同的重力势能的值,故C错误;重力做功与重力势能的变化均与参考平面的选取无关,D正确.
2. 轻绳一端固定在O点,另一端拴一小球,拉起小球使绳水平伸直,然后无初速度释放,小球从开始运动到绳竖直的过程中,下列说法中正确的是(  )
 
A.重力先做正功后做负功
B.重力做的功大于重力势能的减少量
C.重力的功率一直增大
D.重力的功率先增大后减小
解析:选D.此过程中重力一直做正功,开始功率为零,最后的功率也为零,故功率先增大后减小.
3.物体做自由落体运动,其相对于地面的重力势能与下落速度的关系如图所示,其中正确的是(  )
 
解析:选C.若下落高度为h,则h=v22g,减少的重力势能为:mgh=mgv22g=12mv2.相对于地面的重力势能为:Ep=mgh0-mgh=mgh0-12mv2,式中h0为起始高度,即Ep与v的关系图像为抛物线的一部分,故C正确.
4.某同学利用弹弓将石子斜向上弹出,在石子弹出的过程中,下述说法正确的是(  )
A.弹弓橡皮筋收缩,弹力对石子做功
B.石子的动能增加
C.弹弓橡皮筋的弹性势能减少
D.石子的重力势能减小,转化为石子的动能
解析:选ABC.弹弓橡皮筋收缩产生弹力将石子弹出,弹力对石子做正功,石子动能增加,橡皮筋弹性势能减少,石子上升,重力势能增加,A、B、C对,D错.
5.一条长为l、质量为m的均匀链条放在光滑水平桌面上,其中有三分之一悬在桌边,如图所示,在链条的另一端用水平力缓慢地拉动链条,当把链条全部拉到桌面上时,所需做的功为(  )
 
A.118mgl   B.13mgl
C.19mgl   D.16mgl
解析:选A.悬在桌边的13l长的链条重心在其中点处,离桌面的高度h=12×13l=16l.它的质量是m′=13m,当把它拉到桌面时,增加的重力势能就是外力需要做的功,故有W=ΔEp=13mg×16l=118mgl.
6.一根长为2 m,重为200 N的均匀木杆放在水平地面上,现将它的一端从地面提高0.5 m,另一端仍搁在地面上,则至少需要做功(g取10 m/s2)(  )
A.400 J   B.200 J
C.100 J   D.50 J
解析:选D.外力做功使物体的重心升高0.25 m,对应的重力势能增加ΔEp=GΔh=200×0.25 J=50 J,故选项D正确.
7. 如图所示,一个质量为M的物体,放在水平地面上,物体上方安装一个长度为L、劲度系数为k的轻弹簧处于原长,现用手拉着弹簧上端的P点缓慢向上移动,直到物体离开地面一段距离,在这一过程中,P点的位移(开始时弹簧处于原长)是H,则物体重力势能的增加量为(  )
 
A.MgH
B.MgH+Mg2k
C.MgH-Mg2k
D.MgH-Mgk
解析:选C.物体离开地面时,弹簧伸长x=Mgk
重物上升的高度h=H-x
重力势能增加量Ep=Mgh=MgH-Mg2k
所以正确答案为C.
8. 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.系统受到的合力始终向下
C.重力做功使系统的重力势能增加
D.任意相等的时间内重力做的功相等
解析:选A.无论在什么情况下,阻力一定做负功,A对.加速下降时合力向下,减速下降时合力向上,B错.系统下降,重力做正功,所以它的重力势能减少,C错.由于系统做变速运动,系统在相等时间内下落的高度不同,所以重力做功不同,D错.
9.在光滑的水平面上,物体A以较大速度va向前运动,与以较小速度vb向同一方向运动的、连有轻质弹簧的物体B发生相互作用,如图所示.在相互作用的过程中,当系统的弹性势能最大时(  )
 
A.va>vb   B.va=vb
C.va<vb   D.无法确定
解析:选B.va=vb时,A、B相距最近,弹簧压缩量最大,弹性势能最大.
10. 如图所示,水平地面上固定一竖直轻弹簧,有一物体由弹簧正上方某位置竖直下落,从与弹簧接触后物体继续下落到速度变为零的过程中(  )
 
A.物体的速度逐渐减小
B.物体的重力势能逐渐减小
C.弹簧的弹力对物体做正功
D.弹簧的弹性势能逐渐减小
解析:选B.物体的合力先是向下,后向上,故其运动的速度先增大后减小,A错.下落过程中,物体的高度变低,重力势能减小,B对.物体受到向上的弹力,此力对物体做负功,C错.弹簧的形变量越来越大,弹性势能逐渐变大,D错.
二、非选择题
11.在离地面80 m处无初速度释放一小球,小球质量为m=200 g,不计空气阻力,g取10 m/s2,取最高点所在水平面为参考平面,求:
(1)在第2 s末小球的重力势能;
(2)在第3 s内重力所做的功和重力势能的变化.
解析:(1)在第2 s末小球所处的高度
h=-12gt2=-12×10×22 m=-20 m,
重力势能Ep=mgh=0.2×10×(-20) J=-40 J,
Ep<0说明小球在参考平面的下方.
(2)在第3 s末小球所处的高度
h′=-12gt′2=-12×10×32 m=-45 m.
第3 s内重力做功
W=mg(h-h′)=0.2×10×(-20+45) J=50 J,
即小球的重力势能减少50 J.
答案:(1)-40 J (2)50 J 减少50 J
☆12.通过探究得到弹性势能的表达式为Ep=12kx2,式中k为弹簧的劲度系数,x为弹簧伸长(或缩短)的长度,请利用弹性势能表达式计算下列问题.
 
放在地面上的物体上端系在劲度系数k=400 N/m的弹簧上,弹簧的另一端拴在跨过定滑轮的绳子上,如图所示,手拉绳子的另一端,当往下拉0.1 m时物体开始离开地面,继续拉绳,使物体缓慢升高到离地h=0.5 m高处.如果不计弹簧的重力和滑轮跟绳的摩擦,求拉力所做的功以及弹性势能的大小.
解析:弹性势能
Ep=12kx2=12×400×0.12 J=2 J
此过程中拉力做的功与弹力做的功数值相等,则有
W1=W弹=ΔEp=2 J
刚好离开地面时
G=F=kx=400×0.1 N=40 N
则物体缓慢升高,F=40 N
物体上升h=0.5 m
拉力克服重力做功
W2=Fl=mgh=40×0.5 J=20 J
拉力共做功W=W1+W2=(20+2) J=22 J.
答案:22 J 2 J
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