【知识点详解】
1. **重力势能**:重力势能是物体因地球引力而具有的能量,它与物体的质量、高度以及地球的重力加速度有关。在地球表面附近,重力势能可表示为\( U = mgh \),其中\( U \)是重力势能,\( m \)是物体质量,\( g \)是重力加速度(约等于9.8 \( m/s^2 \)),\( h \)是物体相对于参考平面的高度。在选择题1中,运动员的重力势能先增大后减小,因为运动员在起跳后先上升再下降。
2. **弹性势能**:弹性势能是物体由于弹性形变而储存的能量。对于弹簧而言,弹性势能与弹簧的形变量(伸长或压缩量)和弹簧的劲度系数\( k \)成正比,公式为\( U = \frac{1}{2}kx^2 \),其中\( U \)是弹性势能,\( k \)是弹簧的劲度系数,\( x \)是弹簧的形变量。题目4和7涉及到弹性势能的变化和计算。
3. **功与功率**:功是力在物体上作用并使物体沿力的方向移动了一段距离的结果,功率是单位时间内完成的功。在选择题5中,上升过程中小球克服重力做的功与下落过程中重力做的功相等,但由于速度变化,上升过程中重力做功的平均功率更大。
4. **能量转化**:能量可以在不同形式间转化,如动能与势能的转化。在解答题1中,钢球在下落过程中,其重力势能转化为动能,同时因空气阻力会有一部分能量损失。
5. **参考平面**:重力势能的计算取决于选取的参考平面,参考平面上的物体势能为0。在解答题1中,根据不同的参考平面,钢球的重力势能会有不同的数值。
6. **弹性恢复力与功**:在解答题4中,通过计算弹簧的伸长量和作用力,可以求得弹簧的劲度系数\( k \),进一步计算弹力所做的功和弹性势能的变化。
7. **势能与运动**:在选择题6和7中,讨论了在蹦极和小球下落与弹簧交互的情况,重力和弹性恢复力共同决定了物体的运动状态和能量转化。
8. **探究弹性势能表达式**:在选择题8中,提到的猜想是弹性势能可能与弹簧的劲度系数和形变量的平方有关,这是基于胡克定律和弹性势能的定义。
解答题部分:
1. 钢球在1s内重力势能减少了\( mg\cdot \frac{1}{2}gt^2 \),1s末的重力势能取决于选取的参考平面,不同的参考平面会得到不同的数值。
2. 提起铁链的过程是克服重力做功,整个铁链的重力势能增加,增加量等于克服重力所做的功。
3. 物体翻滚过程中,需要克服摩擦力做功,但摩擦力做功并不直接影响重力势能,重力势能的改变仅与物体重心上升的高度有关。
4. 弹簧的劲度系数可以通过胡克定律求得,弹力所做的功等于弹性势能的增加,弹性势能的改变等于弹簧形变量和力的乘积的一半。
总结来说,这些题目涵盖了重力势能、弹性势能的基本概念、计算方法、能量转化、功和功率的理解,以及参考平面的选择对能量计算的影响。同时,还涉及了实际情境中的能量守恒和能量转换。