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- 2021-10-25 发布
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第 6 讲 探究弹性势能
的表达式
[时间:60 分钟]
题组一 对弹性势能的理解
1.关于弹性势能和重力势能,下列说法正确的是( )
A.重力势能属于物体和地球这个系统,弹性势能属于发生弹性形变的物体
B.重力势能是相对的,弹性势能是绝对的
C.重力势能和弹性势能都是相对的
D.重力势能和弹性势能都是状态量
2.如图 1 所示,小明玩蹦蹦杆,在小明将蹦蹦杆中的弹簧向下压缩的过程中,小明的重力势能、
弹簧的弹性势能的变化是( )
图 1
A.重力势能减少,弹性势能增大
B.重力势能增大,弹性势能减少
C.重力势能减少,弹性势能减少
D.重力势能不变,弹性势能增大
3.一竖直弹簧下端固定于水平地面上,小球从弹簧的正上方高为 h 的地方自由下落到弹簧上
端,如图 2 所示,经几次反弹以后小球最终在弹簧上静止于某一点 A 处,则( )
图 2
A.h 越大,弹簧在 A 点的压缩量越大
B.弹簧在 A 点的压缩量与 h 无关
C.h 越大,最终小球静止在 A 点时弹簧的弹性势能越大
D.小球第一次到达 A 点时弹簧的弹性势能比最终小球静止在 A 点时弹簧的弹性势能大
4.如图 3 所示,质量相等的两木块中间连有一弹簧,今用力 F 缓慢向上提 A,直到 B 恰好离开
地面.开始时物体 A 静止在弹簧上面.设开始时弹簧的弹性势能为 Ep1,B 刚要离开地面时,
弹簧的弹性势能为 Ep2,则关于 Ep1、Ep2 大小关系及弹性势能变化ΔEp 说法中正确的是( )
图 3
A.Ep1=Ep2 B.Ep1>Ep2
C.ΔEp>0 D.ΔEp<0
5.某同学在桌面上用一个小钢球和一个弹簧来探究弹簧的弹性势能.弹簧一端固定(如图 4 所
示),另一端用钢球压缩弹簧后释放,钢球被弹出后落地.当他发现弹簧压缩得越多,钢球被
弹出得越远,由此能得出的结论应是( )
图 4
A.弹性势能与形变量有关,形变量越大,弹性势能越大
B.弹性势能与形变量有关,形变量越大,弹性势能越小
C.弹性势能与劲度系数有关,劲度系数越大,弹性势能越大
D.弹性势能与劲度系数有关,劲度系数越大,弹性势能越小
题组二 弹力做功与弹性势能变化的关系
6.在一次“蹦极”运动中,人由高空落下到降至最低点的整个过程中,下列说法中正确的是
( )
A.重力对人做正功
B.人的重力势能减少了
C.橡皮绳对人做负功
D.橡皮绳的弹性势能减少了
7.如图 5 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 OA=AB,弹簧始终在弹性限度内,则这两次弹力做功的
关系为( )
图 5
A.W1h2,小球触到弹簧后向下运动压缩弹簧,从开
始释放小球到获得最大速度的过程中,小球重力势能的减少量ΔE1、ΔE2 的关系及弹簧弹性势
能的增加量ΔEp1、ΔEp2 的关系中,正确的一组是( )
图 7
A.ΔE1=ΔE2,ΔEp1=ΔEp2
B.ΔE1>ΔE2,ΔEp1=ΔEp2
C.ΔE1=ΔE2,ΔEp1>ΔEp2
D.ΔE1>ΔE2,ΔEp1>ΔEp2
题组三 综合应用
10.弹簧原长 l0=15 cm,受拉力作用后弹簧逐渐伸长,当弹簧伸长到 l1=20 cm 时,作用在弹
簧上的力为 400 N.
(1)弹簧的劲度系数 k 为多少?
(2)在该过程中弹力做了多少功?
(3)弹簧的弹性势能变化了多少?
11.在水平地面上放一个竖直轻弹簧,弹簧上端与一个质量为 2.0 kg 的木块相连,系统处于平
衡状态.若在木块上再加一个竖直向下的力 F,使木块缓慢向下移动 0.10 m,力 F 做功 2.5 J,
此时木块再次处于平衡状态,力 F 的大小为 50 N,如图 8 所示.求在木块下移 0.10 m 的过程
中弹性势能的增加量.(g 取 10 m/s2)
图 8
答案精析
第 6 讲 探究弹性势能的表达式
1.ACD [重力势能具有系统性,弹性势能只属于发生弹性形变的物体,故 A 对,重力势能
和弹性势能都是相对的,且都是状态量,故 B 错,C、D 对.]
2.A [弹簧向下压缩的过程中,弹簧压缩量增大,弹性势能增大;重力做正功,重力势能减
少,故 A 正确.]
3.B [最终小球静止在 A 点时,通过受力分析,小球受自身重力 mg 与弹簧的弹力 kx 大小相
等,由 mg=kx 得,弹簧在 A 点的压缩量 x 与 h 无关,弹簧弹性势能与 h 无关.]
4.A [开始时弹簧形变量为 x1,有 kx1=mg,则设 B 离开地面时形变量为 x2,有 kx2=mg.
由于 x1=x2 所以 Ep1=Ep2,ΔEp=0,A 对.]
5.A
6.ABC [在“蹦极”运动中,人由高空落下到最低点的过程中,重力方向和位移方向均向下,
重力对人做正功,重力势能减少,A、B 正确;在人和橡皮绳相互作用的过程中,橡皮绳对人
的拉力向上,人的位移方向向下,橡皮绳的拉力对人做负功,橡皮绳的弹性势能增加,C 正确,
D 错误.]
7.D
8.AD [用细绳拴住小球向下摆动过程重力做正功,重力势能减少;弹力做负功,弹性势能
增加.选项 A、D 正确.]
9.B [速度最大的条件是弹力等于重力即 kx=mg,即达到最大速度时,弹簧形变量 x 相同.两
种情况下,对应于同一位置,则ΔEp1=ΔEp2,由于 h1>h2,所以ΔE1>ΔE2,B 对.]
10.(1)8 000 N/m (2)-10 J
(3)增加了 10 J
解析 (1)k=F
l
= 400
0.2-0.15 N/m=
8 000 N/m.
(2)由于 F=kl,作出 Fl 图象如图所示,求出图中画斜线部分面积,即为
弹力做功的绝对值,由于在伸长过程中弹力 F 方向与位移方向相反,故弹力 F 在此过程中做
负功.
可得 W=-F
2(l1-l0)=-400
2
×0.05 J=-10 J.
(3)ΔEp=-W=10 J,即弹性势能增大 10 J.
11.4.5 J
解析 木块缓慢下移 0.10 m 的过程中,F 与重力的合力始终与弹簧弹力等大反向,所以力 F
和重力做的总功等于克服弹簧弹力做的功,即
W 总=-(WF+mgh)=-(2.5+2.0×10×0.10) J=-4.5 J
由弹力做功与弹性势能变化的关系知,
ΔEp=-W 总=4.5 J.
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