2024-2025學(xué)年高中物理課時(shí)分層作業(yè)13勢(shì)能含解析教科版必修2

PAGE6-課時(shí)分層作業(yè)(十三)[基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練](時(shí)間：15分鐘分值：50分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分，共36分)1．下列關(guān)于重力勢(shì)能的說法正確的是()A．重力勢(shì)能的大小只由重物本身確定B．所處位置高的物體，重力勢(shì)能就肯定大C．在地面上的物體，它具有的重力勢(shì)能肯定等于零D．重力勢(shì)能事實(shí)上是物體和地球所共有的D[重力勢(shì)能等于物體的重力與物體重心高度的乘積，故選項(xiàng)A、B都不對(duì)；重力勢(shì)能具有相對(duì)性，零勢(shì)能位置的選取是隨意的，地面不肯定是零勢(shì)能位置，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；重力是物體與地球間的作用力，重力勢(shì)能事實(shí)上也是地球與物體共有的，重力勢(shì)能具有系統(tǒng)性，選項(xiàng)D正確．]2．如圖所示，在光滑水平面上有一物體，它的左端連一彈簧，彈簧的另一端固定在墻上，在力F的作用下物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)撤去F后，物體將向右運(yùn)動(dòng)．在物體向右運(yùn)動(dòng)的過程中，下列說法正確的是()A．彈簧的彈性勢(shì)能漸漸減小B．彈簧的彈性勢(shì)能漸漸增大C．彈簧的彈性勢(shì)能先增大后減小D．彈簧的彈性勢(shì)能先減小后增大D[由物體處于靜止?fàn)顟B(tài)可知，彈簧處于壓縮狀態(tài)，撤去F后，物體在向右運(yùn)動(dòng)的過程中，彈簧的彈力對(duì)物體先做正功后做負(fù)功，故彈簧的彈性勢(shì)能應(yīng)先減小后增大．]3.大型拱橋的拱高為h，弧長(zhǎng)為L(zhǎng)，如圖所示，質(zhì)量為m的汽車在以不變的速率v由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中，以下說法正確的是()A．由A到B的過程中，汽車的重力勢(shì)能始終不變，重力始終不做功B．汽車的重力勢(shì)能先減小后增加，總的改變量為0，重力先做負(fù)功，后做正功，總功為零C．汽車的重力勢(shì)能先增大后減小，總的改變量為0，重力先做正功，后做負(fù)功，總功為零D．汽車的重力勢(shì)能先增大后減小，總的改變量為0，重力先做負(fù)功，后做正功，總功為零D[前半階段，汽車向高處運(yùn)動(dòng)，重力勢(shì)能增加，重力做負(fù)功；后半階段，汽車向低處運(yùn)動(dòng)，重力勢(shì)能減小，重力做正功，選項(xiàng)D正確．]4.如圖所示，桌面高為h，質(zhì)量為m的小球從離桌面高H處自由落下，不計(jì)空氣阻力，假設(shè)以桌面處為參考平面，則小球落到地面前瞬間的重力勢(shì)能為()A．mghB．mgHC．mg(h＋H)D．－mghD[重力勢(shì)能的大小是相對(duì)參考平面而言的，參考平面的選擇不同，物體的相對(duì)高度就不同，重力勢(shì)能的大小也不同．本題中已選定桌面為參考平面，則小球在最高點(diǎn)時(shí)的高度為H，小球在與桌面相平常的高度為零，小球在地面時(shí)的高度為－h(huán)，所以小球落到地面前的瞬間，它的重力勢(shì)能為Ep＝－mgh.]5．一棵樹上有一個(gè)質(zhì)量為0.3kg的熟透了的蘋果P，該蘋果從樹上A先落到地面C最終滾入溝底D.已知AC、CD的高度差分別為2.2m和3m，以地面C為零勢(shì)能面，A、B、C、D、E面之間豎直距離如圖所示．算出該蘋果從A落下到D的過程中重力勢(shì)能的削減量和在D處的重力勢(shì)能分別是()A．15.6J和9J B．9J和－9JC．15.6J和－9J D．15.6J和－15.6JC[以地面C為零勢(shì)能面，依據(jù)重力勢(shì)能的計(jì)算公式得D處的重力勢(shì)能Ep＝mgh＝0.3×10×(－3)J＝－9J，從A落下到D的過程中重力勢(shì)能的削減量ΔEp＝mgΔh＝0.3×10×(2.2＋3)J＝15.6J，故選C.]6.如圖所示，質(zhì)量相等的兩木塊中間連有一彈簧，起先時(shí)A靜止在彈簧上面．今用力F緩慢向上提A，直到B恰好離開地面．設(shè)起先時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep1，B剛要離開地面時(shí)，彈簧的彈性勢(shì)能為Ep2，則關(guān)于Ep1、Ep2大小關(guān)系及彈性勢(shì)能改變?chǔ)p的說法中正確()A．Ep1＝Ep2 B．Ep1＜Ep2C．ΔEp＞0 D．ΔEp＜0A[起先時(shí)彈簧形變量為x1，有kx1＝mg，則它離開地面時(shí)形變量為x2，有kx2＝mg.由于x1＝x2，所以Ep1＝Ep2，ΔEp＝0，A對(duì)．]二、非選擇題(14分)7．如圖所示，一條鐵鏈長(zhǎng)為2m，質(zhì)量為10kg，放在水平地面上，拿住一端提起鐵鏈直到鐵鏈全部離開地面的瞬間，鐵鏈克服重力做功為多少？鐵鏈的重力勢(shì)能改變了多少？[解析]鐵鏈從初狀態(tài)到末狀態(tài)，它的重心位置提高了h＝eq\f(l,2)，因而鐵鏈克服重力所做的功為W＝eq\f(1,2)mgl＝eq\f(1,2)×10×9.8×2J＝98J鐵鏈的重力勢(shì)能增加了98J.鐵鏈重力勢(shì)能的改變還可由初、末狀態(tài)的重力勢(shì)能來分析．設(shè)鐵鏈初狀態(tài)所在水平位置為零勢(shì)能參考平面，則Ep1＝0，Ep2＝eq\f(mgl,2)，鐵鏈重力勢(shì)能的改變?chǔ)p＝Ep2－Ep1＝eq\f(mgl,2)＝eq\f(1,2)×10×9.8×2J＝98J，即鐵鏈重力勢(shì)能增加了98J.[答案]98J增加了98J[實(shí)力提升練](時(shí)間：25分鐘分值：50分)一、選擇題(本題共4小題，每小題6分，共24分)1．物體從某高度處做自由落體運(yùn)動(dòng)，以地面為重力勢(shì)能零點(diǎn)，下列所示圖像中，能正確描述物體的重力勢(shì)能與下落高度的關(guān)系的是()B[設(shè)物體起先下落時(shí)的重力勢(shì)能為Ep0，物體下落高度h過程中重力勢(shì)能削減量ΔEp＝mgh，故物體下落高度h時(shí)的重力勢(shì)能Ep＝Ep0－ΔEp＝Ep0－mgh，即Ep-h圖像為傾斜直線，B正確．]2．(多選)如圖所示，ACP和BDP是豎直平面內(nèi)兩個(gè)半徑不同的半圓形光滑軌道，A、P、B三點(diǎn)位于同一水平面上，C和D分別為兩軌道的最低點(diǎn)，將兩個(gè)質(zhì)量相同的小球分別從A和B兩處同時(shí)無初速釋放，以C處為零勢(shì)能參考面，則()A．沿BDP光滑軌道運(yùn)動(dòng)的小球的重力勢(shì)能恒久為正值B．兩小球到達(dá)C點(diǎn)和D點(diǎn)時(shí)，重力做功相等C．兩小球到達(dá)C點(diǎn)和D點(diǎn)時(shí)，重力勢(shì)能相等D．兩小球剛起先從A和B兩處無初速釋放時(shí)，重力勢(shì)能相等AD[不管選哪一點(diǎn)為零勢(shì)能點(diǎn)，A點(diǎn)和B點(diǎn)相對(duì)零勢(shì)能面的豎直高度均相等，所以重力勢(shì)能相等．兩小球到達(dá)C點(diǎn)和D點(diǎn)時(shí)，重力勢(shì)能不相等．重力勢(shì)能Ep＝mgh，具有相對(duì)性，假如選A、P、B三點(diǎn)在零勢(shì)能參考面上，則兩球運(yùn)動(dòng)過程中的重力勢(shì)能恒為負(fù)值；假如選C點(diǎn)在零勢(shì)能參考面上，沿BDP運(yùn)動(dòng)的小球的重力勢(shì)能恒為正值．另外，重力做功跟路徑無關(guān)，只取決于物體在初始和終末兩點(diǎn)在豎直方向的高度，兩球從起先運(yùn)動(dòng)到到達(dá)C點(diǎn)和D點(diǎn)時(shí)豎直高度不等，所以重力做功不相等．]3.一根彈簧的彈力—伸長(zhǎng)量圖像如圖所示，那么彈簧由伸長(zhǎng)量為8cm到伸長(zhǎng)量為4cm的過程中，彈力做的功和彈性勢(shì)能的改變量為()A．3.6J，－3.6JB．－3.6J,3.6JC．1.8J，－1.8JD．－1.8J,1.8JC[F-x圖線與橫軸圍成的面積表示彈力做的功，W＝eq\f(1,2)×0.08×60J－eq\f(1,2)×0.04×30J＝1.8J，彈性勢(shì)能削減1.8J，C正確．]4．如圖所示，在水平地面上平鋪著n塊磚，每塊磚的質(zhì)量為m，厚度為h.假如工人將磚一塊一塊地疊放起來，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[本題關(guān)鍵在于分析各塊磚的重心位置改變狀況，從而找出n塊磚的重力勢(shì)能改變．把n塊磚看作一個(gè)整體，其總質(zhì)量是M＝nm，以地面為零勢(shì)能面，n塊磚都平放在地上時(shí)，其重心都在eq\f(h,2)高處，所以n塊磚的初始重力勢(shì)能為E1＝eq\f(nmgh,2).當(dāng)n塊磚疊放在一起時(shí)，其總高度為H＝nh，其總的重心位置在eq\f(H,2)＝eq\f(nh,2)處，所以末態(tài)重力勢(shì)能為E2＝nmgeq\f(H,2)＝eq\f(n2mgh,2)，人做的功至少等于重力勢(shì)能的增量，即W＝ΔEp＝E2－E1＝eq\f(nn－1mgh,2).]二、非選擇題(本題共2小題，共26分)5．(12分)金茂大廈是上海的標(biāo)記性建筑之一，它的主體建筑包括地上101層，地下3層，高420.5m，距地面341m的第88層為觀光層，環(huán)顧四周，極目遠(yuǎn)眺，上海新貌盡收眼底．假如一質(zhì)量為60kg的游客在第88層觀光(g取10m/s2)．(1)求以地面為參考平面時(shí)游客的重力勢(shì)能；(2)若游客乘電梯從地面上升到88層，重力做功與重力勢(shì)能的改變各是多少？[解析](1)以地面為參考平面，游客相對(duì)地面的高度為341m.Ep＝mgh＝60×10×341J≈2.0×105J.(2)游客上升過程中重力做負(fù)功，WG＝－mgh≈－2.0×105J.Ep2＝mgh＝60×10×341J≈2.0×105JEp1＝0由ΔEp＝Ep2－Ep1＝2.0×105J.即重力勢(shì)能增加約2.0×105J，或由重力做功與重力勢(shì)能的改變關(guān)系可知重力做負(fù)功約2.0×105J，重力勢(shì)能增加約2.0×105J.[答案](1)2.0×105J(2)重力做功－2.0×105J重力勢(shì)能增加2.0×105J6.(14分)在水平地面上放一個(gè)豎直輕彈簧，彈簧上端與一個(gè)質(zhì)量為2.0kg的木塊相連，若在木塊上再作用一個(gè)豎直向下的力F，使木塊緩慢向下移動(dòng)0.10m，力F做功2.5J．此時(shí)木塊再次處于平衡狀態(tài)，力F的大小為50N，如圖所示．求：(1)在木塊下移0.10m的過程中彈簧彈性勢(shì)能的增加量；(2)彈簧的勁度系數(shù)(g取10m/s2)．[解析](1)彈性勢(shì)能的增加量等于彈力做負(fù)功的值，所以設(shè)法求出彈簧彈力所做的功是解決問題的關(guān)鍵．木塊下移0.10m過程中，力F和重力做的