- 重力势能
- 共456题
(12分)一质量为60kg的探险者在丛林探险时,看见一头狮子正走向一头幼小的羚羊.探险者立即把绳子的一端绕在一根粗壮的树枝上,另一端系在自己的身上,拉紧绳子从静止开始荡向低处,并在最低点抓住质量为20kg的羚羊,抓住羚羊前瞬间的速度大小为16m/s,随后刚好荡到另一根树枝上,脱离了危险.已知悬挂点与人之间的绳长为24m,起荡点与最低点的高度差为12.8m,探险者抓住羚羊后瞬间的速度是抓住羚羊前瞬间速度的3/4。运动过程中探险者和羚羊均可看作质点。(g取10m/s2)求:
(1)探险者从起荡点下摆到最低点过程中,重力势能改变了多少?
(2)探险者下摆到最低点瞬间,重力的功率多大?
(3)探险者在最低点抓住羚羊前、后绳子承受的拉力分别是多大?
正确答案
(1)7680J (2)0 (3)F1=1240N F2=1280N
试题分析:(1)重力做的功为:
(1分)
则重力势能减少了7680J (2分)
(2)探险者下摆到最低点瞬间,
重力方向与速度方向垂直,
所以重力的功率为零。(2分)
(3)设探险者质量为M,羚羊的质量为m,
抓住羚羊前瞬间速度为v1,抓住羚羊后瞬间速度为v2,
绳长L,抓住羚羊前瞬间拉力为F1,
抓住羚羊后瞬间拉力为F2
探险者抓住羚羊前瞬间,对整体研究,根据牛顿第二定律得:
(2分)
代入得F1=1240N (1分)
探险者抓住羚羊后瞬间,对整体研究,根据牛顿第二定律得:
(2分)
v2=12m/s (1分)
代入数据得F2=1280N (1分)
如图所示,当质量为m的物体分别处于A,B和C三点时,
(1)它的重力势能是多大?
(2)A点与B点、B点与C点、A点与C点的势能差各是多少?
设A点距地面高为h的地方,B点在地面上,C点距地面深为a的地方.
正确答案
解:(1) 选地面为参考平面,
物体在A ,B ,C 三点的重力势能分别为
EpA =mgh ,EpB=0,EpC=-mga.
(2)各点间的势能差分别为
EpA-EpB=mgh ,EpB-EpC=mga ,EpA -EpC=mg(h+a).
弹弓是一种兵器,也是一种儿童玩具,它是由两根橡皮条和一个木叉制成的。拉伸橡皮的过程人对橡皮条做功,使其具有一定的弹性势能,放手后橡皮条的弹力做功,将储存的弹性势能转化为石子的动能,使石子以较大的速度飞出,具有一定的杀伤力。试设计一个实验,求出橡皮条在拉伸到一定长度的过程中,弹力所做的功是多少?橡皮条具有的弹性势能是多少?(只要求设计可行的做法和数据处理方式,不要求得出结论)
正确答案
(1)准备橡皮条、测力计、坐标纸、铅笔、直尺等
(2)将橡皮条的一端固定,另一端拴一绳扣
(3)用直尺从橡皮条的固定端开始测量橡皮条的原长x0,记录在表格中
(4)用测力计挂在绳扣上,测出在不同拉力F1、F2、F3……的情况下橡皮条的长度x10、x20、x30……
(5)计算出在不同拉力时橡皮条的伸长量x1、x2、x3……
(6)以橡皮条的伸长量为横坐标,以对应的拉力为纵坐标在坐标纸上建立坐标系、描点,并用平滑的曲线作出F—xi图
(7)测量曲线与x轴包围的面积S,这个面积在数值上等于外力克服橡皮条的弹力所做的功,也就是弹力所做负功的数值。
(10分)如图,质量m=50kg的跳水运动员从距水面高h=10m的跳台上以v0=5m/s的速度斜向上起跳,最终落入水中。若忽略运动员的身高。取g=10m/s2,求:
(1)运动员在跳台上时的重力势能(以水面为参考平面);
(2)运动员起跳时的动能;
(3)运动员入水时的速度大小。
正确答案
1)5000J 2)625J 3)15.8m/s
略
在光滑水平面上有两个小球,如图5-5-7所示,假设它们之间存在着相互排斥的力,也具有一种势能,我们把它叫做x势能.当A小球不动B小球在外力作用下向A靠近,试分析它们间的x势能将如何变化?
图5-5-7
正确答案
增加.
由于外力对B球做正功,B球克服斥力做功,因此两球间势能增加.
如图5-5-5所示,一小球自弹簧正上方自由下落,从小球落到弹簧到弹簧压缩到最底点的过程中,小球的重力势能将_____________,弹簧的弹性势能将_____________.
图5-5-5
正确答案
减小 增大.
所术的过程中,高度降低,重力势能减小,弹簧形变量增大,弹性势能增大.
如图如图5-5-7所示,在光滑水平面上有A、B两物体,中间连一弹簧,已知ma=2mb,今用水平恒力F向右拉B,当A、B一起向右加速运动时,弹簧的弹性势能为Ep1,如果水平恒力F向左拉A,当A、B一起向左加速运动时,弹簧的弹性势能为Ep2,则Ep1____________Ep2.
图5-5-7 图5-5-8
正确答案
>
当F向右拉B时,有F=(ma+mb)a,弹簧拉A的力FT1=maa=,同理,当F向左拉A时,FT2=
,因为ma=2mb,所以FT1=2FT2,由FT=kx知,当F向右拉B时弹簧的伸长量大,所以Ep1>Ep2.
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,需要做多少功?
正确答案
mgl
试题分析:悬在桌边的l长的链条重心在其中点处,离桌面的高度h=
×
l=
l.
它的质量是m′=m,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=mg×
l=
mgl.
点评:本题难度较小,如果应用机械能守恒定律解决本题,首先应规定零势能面,确定初末位置,列公式时要注意系统中心的变化,可以把整体分成两段来分析
跳绳是一种健身运动。设某运动员的质量是50kg,他一分钟跳绳180次。假定在每次跳跃中,脚与地面的接触时间占跳跃一次所需时间的2 / 5,则该运动员跳绳时克服重力做功的平均功率是__________W(g取10m/s2)。
正确答案
75W
跳一次的时间是t0 =" 60" / 180 s =" 1" / 3 s
人跳离地面作竖直上抛,到最高点时间为
t =
此过程克服重力做功W = W
跳绳时克服重力做功的平均功率
W = 75W
请你举出一些物体具有势能的例子.
正确答案
水从高处往低处;流重锤打桩机;高空中的雨滴等
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