2018高中物理第四章机械能和能源重力势能和弹性势能练习基础篇教科版必修2
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【知识点详解】 1. 重力势能:重力势能是由于物体被重力场吸引而具有的能量。它与物体的质量m、重力加速度g和物体相对于参考平面的高度h有关,公式为E_p = mgh。题目中通过运动员跳水的例子,解释了在运动过程中重力势能先增大后减小的概念,因为运动员在上升过程中高度增加,重力势能增加;在下落过程中高度减少,重力势能减小。 2. 弹性势能:弹性势能是由于物体发生弹性形变而存储的能量。它与物体的弹性形变量、劲度系数k和物体的质量有关。对于弹簧,弹性势能可以通过公式E_p = 1/2 * k * x^2计算,其中x是弹簧的形变量。题目中的苹果下落和弹簧问题,展示了弹性势能在物体运动中的作用,以及如何根据弹簧的性质计算弹性势能。 3. 重力做功与势能转换:在没有其他外力作用的情况下,重力做功等于重力势能的改变。例如,小球上抛和下落过程中,克服重力做的功与重力做功相等,但由于空气阻力的存在,实际能量转换情况会有所不同。上升过程中克服重力做功的平均功率可能会大于下降过程,因为阻力随速度增大而增大,导致上升速度减缓,相同时间内克服的重力更大。 4. 功率与平均功率:功率是单位时间内所做的功,平均功率是总功除以时间。对于竖直上抛的小球,由于上升阶段有向上的加速度,克服重力做功的平均功率较大,而下降阶段物体做减速运动,重力做功的平均功率相对较小。 5. 弹性势能的计算与参考平面选择:弹性势能的大小与参考平面的选择有关,但不改变物体之间能量的转换关系。例如,不同参考平面下,物体的重力势能会有所变化,但总能量守恒。 6. 动能、势能转换及做功:在蹦极运动中,重力对人做正功,使人的重力势能转化为动能;橡皮绳的拉力对人做负功,增加了橡皮绳的弹性势能。 7. 弹簧系统能量转换:小球自由下落并反弹后最终停在弹簧上的A点,系统的总机械能守恒。h的大小会影响弹簧的压缩量和最终的弹性势能,h越大,弹簧在A点的压缩量和弹性势能也越大。 8. 弹性势能的表达式:弹性势能与弹簧的劲度系数k和形变量x的平方有关,即E_p = 1/2 * k * x^2。 【解答题解析】 1. 在1s内,钢球下落的高度为h=1/2gt^2,因此重力势能减少量等于mg(h-h'),其中h'是1s末钢球的高度。根据题目给出的条件计算即可得到具体数值。 2. 提起铁链的过程,铁链重心上升的高度为1/2l,所以克服重力做功等于mgl/2。重力势能的增加量同样等于这个值。 3. 翻滚物块需要克服摩擦力做功,同时物块重心上升的距离s大于边长a,所以需要做的功至少为f*s,其中f是滚动摩擦力。 4. (1)通过胡克定律F=kx,可以计算出弹簧的劲度系数k。 (2)弹力做的功等于力F与弹簧形变量x的乘积,即W=F*x。 (3)弹性势能的变化等于弹力做的功,因为在这个过程中没有其他形式的能量转换。 以上是对题目中涉及的物理知识的详细解释,包括重力势能、弹性势能、能量转换、做功和功率等相关概念。这些知识是高中物理学习的重要组成部分,理解和掌握这些知识点对于解决实际问题至关重要。
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