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2024-2025学年高中物理下学期期末考点大串讲
专题09势能和机械能守恒
知识点一:重力势能
一、重力势能
1.重力做功的特点
根据功的定义式:,对于重力做功的情况分析如图,同一物体,虽然路径不同,但是从初始位置到末位置在重力方向上的位移完全相同,因此四种情况下重力做功相同.
可以看出:重力做功的大小取决于物体初、末位置的高度差,而与其运动路径、运动方式无关.
2.定义
重物由于被举高而具有的能量叫做重力势能.
3.重力势能大小
其中,h是物体重心距参考平面的高度,参考平面可以根据实际情况进行灵活选取,一般都以地面作为零势能参考平面.
4.单位
与功的单位相同,都是焦耳.
5.重力势能是一种能量,是标量,没有方向,但是数值有正负之分.
6.重力势能的“三性”
(1)系统性:重力势能是物体和地球组成的系统所共有的能量而不是物体独有的,通常所说的物体的重力势能都是一种简略的说法.
(2)重力势能的相对性:重力势能的大小与参考平面的选取有关,参考平面类似于坐标轴的零点,物体高度在参考面以下势能是负值,在参考面以上势能是正值,对于同一研究系统,不能选取多个零势能平面,以免造成混乱.
(3)重力势能变化的绝对性:在同一参考系中,物体从一个位置到另外一个位置的重力势能的变化量是一定的,与参考面的选取无关.
注:重力势能的计算公式只适用于g不变时的范围,g值变化则该公式不可用.
重力做功等于重力势能变化的负值,即重力做正功其重力势能减少,重力做负功其重力势能增加.
1.“木牛流马”是三国时期蜀汉丞相诸葛亮发明的运输工具,分为木牛与流马。现用木牛沿崎岖山道运输50kg谷物,30min后谷物上升的高度为10m,取重力加速度大小g=10m/s
A.重力做了5×103J的功
C.重力势能增加了-5×103
【答案】D
【解析】
AB.根据公式WG
W
即谷物克服重力做了5×10
CD.由AB分析可知,重力做了5×103J的负功,根据重力做功和重力势能的关系可知,则重力势能增加5×
故选D。
2.如图所示,质量为0.5kg的小球,从A点下落到地面上的B点,h1为1.2m,桌面高h2为0.8m,以桌面为零势能面,g=10m/s2,则小球在B点的重力势能为()
A.-4J B.0 C.4J D.10J
【答案】A
【解析】
若选桌面为参考平面,则小球经桌面时的重力势能为0,小球落至B点时的重力势能为
E
故A正确,BCD错误。
故选A。
3.物体在运动过程中,克服重力做功50J
A.重力做功为50J B.物体的重力势能一定增加
C.物体的动能一定减小50J D.重力做功为
【答案】BD
【解析】
ABD.物体在运动过程中,克服重力做功50J,说明重力做功为-50
Δ
可知物体的重力势能增加50J
C.由于不清楚除了重力做功之外,其他力的做功情况,故无法判断物体的动能如何变化,C错误;
故选BD。
知识点二:弹性势能
1.定义
发生弹性形变的系统内部,由于有弹力的相互作用而具有势能,这种势能叫做弹性势能.高中阶段主要研究的是弹簧弹性势能.
2.弹簧弹性势能的大小
其中k为劲度系数,x为弹簧的形变量.
3.弹力做功的特点
和重力势能类似,弹簧弹力做正功时弹性势能减少,弹簧弹力做负功时弹性势能增加.
对应训练
4.位于重庆永川乐和乐都主题公园的极限蹦极高度约60米,是西南地区的蹦极“第一高”。为了研究蹦极运动过程,做以下简化:将游客视为质点,他的运动始终沿竖直方向。弹性绳的一端固定在O点,另一端和游客相连。游客从O点自由下落,至B点弹性绳自然伸直,经过合力为零的C点到达最低点D,然后弹起,整个过程中弹性绳始终在弹性限度内。游客从O→B→C→D的过程中,下列说法正确的是()
A.从B到C过程中,游客速度先变大再变小
B.从B到C过程中,弹性绳的弹性势能先增大后减小
C.从O到C过程中,重力势能减少,动能增加
D.从B到D过程中,游客的加速度一直减小
【答案】C
【解析】
A.从B到C过程中,弹力小于重力,加速度向下,则游客速度变大,选项A错误;
B.从B到C过程中,弹性绳被拉长,则弹性势能增大,选项B错误;
C.从O到C过程中,高度一直降低,则重力势能减少,速度一直增加,则动能增加,选项C正确;
D.从B到C,弹力小于重力,弹力从零开始逐渐变大,加速度减小,到C点时加速度为零;从C到D过程,弹力大于重力,加速度向上逐渐变大,则从B到D过程中,游客的加速度先减小后增加,选项D错误。
故选C。
5.下列说法正确的是()
A.功有正负,因此功是矢量
B.弹簧的弹性势能只跟弹簧的形变量有关
C.物体与零势能面的距离越大,它的重力势能也越大
D.物体的重力势能从-5J变
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