2024-2025学年高中物理课时分层作业13势能含解析教科版必修2

PAGE6-课时分层作业(十三)[基础达标练](时间：15分钟分值：50分)一、选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分)1．下列关于重力势能的说法正确的是()A．重力势能的大小只由重物本身确定B．所处位置高的物体，重力势能就肯定大C．在地面上的物体，它具有的重力势能肯定等于零D．重力势能事实上是物体和地球所共有的D[重力势能等于物体的重力与物体重心高度的乘积，故选项A、B都不对；重力势能具有相对性，零势能位置的选取是随意的，地面不肯定是零势能位置，选项C错误；重力是物体与地球间的作用力，重力势能事实上也是地球与物体共有的，重力势能具有系统性，选项D正确．]2．如图所示，在光滑水平面上有一物体，它的左端连一弹簧，弹簧的另一端固定在墙上，在力F的作用下物体处于静止状态，当撤去F后，物体将向右运动．在物体向右运动的过程中，下列说法正确的是()A．弹簧的弹性势能渐渐减小B．弹簧的弹性势能渐渐增大C．弹簧的弹性势能先增大后减小D．弹簧的弹性势能先减小后增大D[由物体处于静止状态可知，弹簧处于压缩状态，撤去F后，物体在向右运动的过程中，弹簧的弹力对物体先做正功后做负功，故弹簧的弹性势能应先减小后增大．]3.大型拱桥的拱高为h，弧长为L，如图所示，质量为m的汽车在以不变的速率v由A点运动到B点的过程中，以下说法正确的是()A．由A到B的过程中，汽车的重力势能始终不变，重力始终不做功B．汽车的重力势能先减小后增加，总的改变量为0，重力先做负功，后做正功，总功为零C．汽车的重力势能先增大后减小，总的改变量为0，重力先做正功，后做负功，总功为零D．汽车的重力势能先增大后减小，总的改变量为0，重力先做负功，后做正功，总功为零D[前半阶段，汽车向高处运动，重力势能增加，重力做负功；后半阶段，汽车向低处运动，重力势能减小，重力做正功，选项D正确．]4.如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高H处自由落下，不计空气阻力，假设以桌面处为参考平面，则小球落到地面前瞬间的重力势能为()A．mghB．mgHC．mg(h＋H)D．－mghD[重力势能的大小是相对参考平面而言的，参考平面的选择不同，物体的相对高度就不同，重力势能的大小也不同．本题中已选定桌面为参考平面，则小球在最高点时的高度为H，小球在与桌面相平常的高度为零，小球在地面时的高度为－h，所以小球落到地面前的瞬间，它的重力势能为Ep＝－mgh.]5．一棵树上有一个质量为0.3kg的熟透了的苹果P，该苹果从树上A先落到地面C最终滚入沟底D.已知AC、CD的高度差分别为2.2m和3m，以地面C为零势能面，A、B、C、D、E面之间竖直距离如图所示．算出该苹果从A落下到D的过程中重力势能的削减量和在D处的重力势能分别是()A．15.6J和9J B．9J和－9JC．15.6J和－9J D．15.6J和－15.6JC[以地面C为零势能面，依据重力势能的计算公式得D处的重力势能Ep＝mgh＝0.3×10×(－3)J＝－9J，从A落下到D的过程中重力势能的削减量ΔEp＝mgΔh＝0.3×10×(2.2＋3)J＝15.6J，故选C.]6.如图所示，质量相等的两木块中间连有一弹簧，起先时A静止在弹簧上面．今用力F缓慢向上提A，直到B恰好离开地面．设起先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改变ΔEp的说法中正确()A．Ep1＝Ep2 B．Ep1＜Ep2C．ΔEp＞0 D．ΔEp＜0A[起先时弹簧形变量为x1，有kx1＝mg，则它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．]二、非选择题(14分)7．如图所示，一条铁链长为2m，质量为10kg，放在水平地面上，拿住一端提起铁链直到铁链全部离开地面的瞬间，铁链克服重力做功为多少？铁链的重力势能改变了多少？[解析]铁链从初状态到末状态，它的重心位置提高了h＝eq\f(l,2)，因而铁链克服重力所做的功为W＝eq\f(1,2)mgl＝eq\f(1,2)×10×9.8×2J＝98J铁链的重力势能增加了98J.铁链重力势能的改变还可由初、末状态的重力势能来分析．设铁链初状态所在水平位置为零势能参考平面，则Ep1＝0，Ep2＝eq\f(mgl,2)，铁链重力势能的改变ΔEp＝Ep2－Ep1＝eq\f(mgl,2)＝eq\f(1,2)×10×9.8×2J＝98J，即铁链重力势能增加了98J.[答案]98J增加了98J[实力提升练](时间：25分钟分值：50分)一、选择题(本题共4小题，每小题6分，共24分)1．物体从某高度处做自由落体运动，以地面为重力势能零点，下列所示图像中，能正确描述物体的重力势能与下落高度的关系的是()B[设物体起先下落时的重力势能为Ep0，物体下落高度h过程中重力势能削减量ΔEp＝mgh，故物体下落高度h时的重力势能Ep＝Ep0－ΔEp＝Ep0－mgh，即Ep­h图像为倾斜直线，B正确．]2．(多选)如图所示，ACP和BDP是竖直平面内两个半径不同的半圆形光滑轨道，A、P、B三点位于同一水平面上，C和D分别为两轨道的最低点，将两个质量相同的小球分别从A和B两处同时无初速释放，以C处为零势能参考面，则()A．沿BDP光滑轨道运动的小球的重力势能恒久为正值B．两小球到达C点和D点时，重力做功相等C．两小球到达C点和D点时，重力势能相等D．两小球刚起先从A和B两处无初速释放时，重力势能相等AD[不管选哪一点为零势能点，A点和B点相对零势能面的竖直高度均相等，所以重力势能相等．两小球到达C点和D点时，重力势能不相等．重力势能Ep＝mgh，具有相对性，假如选A、P、B三点在零势能参考面上，则两球运动过程中的重力势能恒为负值；假如选C点在零势能参考面上，沿BDP运动的小球的重力势能恒为正值．另外，重力做功跟路径无关，只取决于物体在初始和终末两点在竖直方向的高度，两球从起先运动到到达C点和D点时竖直高度不等，所以重力做功不相等．]3.一根弹簧的弹力—伸长量图像如图所示，那么弹簧由伸长量为8cm到伸长量为4cm的过程中，弹力做的功和弹性势能的改变量为()A．3.6J，－3.6JB．－3.6J,3.6JC．1.8J，－1.8JD．－1.8J,1.8JC[F­x图线与横轴围成的面积表示弹力做的功，W＝eq\f(1,2)×0.08×60J－eq\f(1,2)×0.04×30J＝1.8J，弹性势能削减1.8J，C正确．]4．如图所示，在水平地面上平铺着n块砖，每块砖的质量为m，厚度为h.假如工人将砖一块一块地叠放起来，那么工人至少做功()A．n(n－1)mgh B.eq\f(1,2)n(n－1)mghC．n(n＋1)mgh D.eq\f(1,2)n(n＋1)mghB[本题关键在于分析各块砖的重心位置改变状况，从而找出n块砖的重力势能改变．把n块砖看作一个整体，其总质量是M＝nm，以地面为零势能面，n块砖都平放在地上时，其重心都在eq\f(h,2)高处，所以n块砖的初始重力势能为E1＝eq\f(nmgh,2).当n块砖叠放在一起时，其总高度为H＝nh，其总的重心位置在eq\f(H,2)＝eq\f(nh,2)处，所以末态重力势能为E2＝nmgeq\f(H,2)＝eq\f(n2mgh,2)，人做的功至少等于重力势能的增量，即W＝ΔEp＝E2－E1＝eq\f(nn－1mgh,2).]二、非选择题(本题共2小题，共26分)5．(12分)金茂大厦是上海的标记性建筑之一，它的主体建筑包括地上101层，地下3层，高420.5m，距地面341m的第88层为观光层，环顾四周，极目远眺，上海新貌尽收眼底．假如一质量为60kg的游客在第88层观光(g取10m/s2)．(1)求以地面为参考平面时游客的重力势能；(2)若游客乘电梯从地面上升到88层，重力做功与重力势能的改变各是多少？[解析](1)以地面为参考平面，游客相对地面的高度为341m.Ep＝mgh＝60×10×341J≈2.0×105J.(2)游客上升过程中重力做负功，WG＝－mgh≈－2.0×105J.Ep2＝mgh＝60×10×341J≈2.0×105JEp1＝0由ΔEp＝Ep2－Ep1＝2.0×105J.即重力势能增加约2.0×105J，或由重力做功与重力势能的改变关系可知重力做负功约2.0×105J，重力势能增加约2.0×105J.[答案](1)2.0×105J(2)重力做功－2.0×105J重力势能增加2.0×105J6.(14分)在水平地面上放一个竖直轻弹簧，弹簧上端与一个质量为2.0kg的木块相连，若在木块上再作用一个竖直向下的力F，使木块缓慢向下移动0.10m，力F做功2.5J．此时木块再次处于平衡状态，力F的大小为50N，如图所示．求：(1)在木块下移0.10m的过程中弹簧弹性势能的增加量；(2)弹簧的劲度系数(g取10m/s2)．[解析](1)弹性势能的增加量等于弹力做负功的值，所以设法求出弹簧弹力所做的功是解决问题的关键．木块下移0.10m过程中，力F和重力做的