2024版新教材高中物理课时分层作业二十三重力势能新人教版必修第二册

课时分层作业(二十三)重力势能A组基础巩固练1．关于弹性势能，下列说法中正确的是()A．当弹簧变长时，它的弹性势能一定增加B．当弹簧变短时，它的弹性势能一定减少C．在拉伸长度相同时，劲度系数越大的弹簧，弹性势能越大D．弹簧拉伸时的弹性势能一定大于压缩时的弹性势能2．越野玩具小车行驶在如图所示的路面上，从M点经N点、P点行驶到Q点，其中NP段水平．下列说法正确的是()A．在MN段，小车的重力势能减小B．在NP段，小车的重力势能不变C．在PQ段，小车的重力始终做负功D．在全过程中，小车的重力势能始终都在增加3．(多选)如图所示，物体沿不同的路径从A运动到B：①无摩擦自由下落；②沿粗糙斜面下滑；③水平抛出．比较这三种情况下重力做的功W1、W2、W3，重力势能的变化量ΔEp1、ΔEp2、ΔEp3的关系，以下正确的是()A．W1＞W2＞W3B．W1＝W2＝W3C．ΔEp1＝ΔEp2＝ΔEp3D．ΔEp1＜ΔEp2＜ΔEp34．(多选)物体在某一运动过程中，重力对它做了40J的负功，空气阻力对物体做了10J的负功．下列说法中正确的是()A．物体的高度一定升高了B．物体的重力势能一定减少了40JC．物体重力势能的改变量不一定等于40JD．物体克服重力做功40J5．(多选)长征途中，为了突破敌方关隘，战士爬上陡峭的山头，居高临下向敌方工事内投掷手榴弹．战士在同一位置先后投出甲、乙两颗质量均为m的手榴弹，手榴弹从投出的位置到落地点的高度差为h，在空中的运动可视为平抛运动，轨迹如图所示，重力加速度为g.下列说法正确的有()A．甲在空中的运动时间比乙的长B．两手榴弹在落地前瞬间，重力做功的功率相等C.从投出到落地，每颗手榴弹的重力势能均减少mghD．从投出到落地，每颗手榴弹的重力势能均增加mgh6．一根弹簧的弹力和形变量的关系图像如图所示．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变化量分别为()A．3.6J，－3.6JB．－3.6J，3.6JC．－1.8J，1.8JD．1.8J，－1.8J7．河北省邯郸市的峰峰矿区是全国闻名的煤炭基地，矿井升降机是实现地下深处和地面之间人员快速运送的必备机械．某竖直矿井的深度为120m，某次升降机将一质量为60kg的工作人员从矿井底部运送到地面下方80m处，重力加速度g＝10m/s2.该工作人员重力势能的变化量为()A．24000JB．48000JC．－24000JD．－48000J8.如图是地图上某小山包的等高线图，a、b、c为山包上的三个点在地图上的位置，g取10m/s2.(1)若选择海平面为重力势能参考面，质量为55kg的学生在a、b、c位置时的重力势能是多大？他从a位置上升到c位置，重力做了多少功？(2)若选择100m的等高线所在平面为重力势能参考面，则质量为55kg的学生在a、b、c位置时的重力势能是多大？他从a位置上升到c位置，重力做了多少功？B组能力提升练9.(多选)质量为m的物体，由静止开始下落，由于空气阻力作用，下落的加速度为eq\f(4,5)g.在物体下落h的过程中，下列说法正确的是()A．物体重力做的功为mghB．物体所受阻力做功为eq\f(mgh,5)C．物体重力势能减少了mghD．物体所受阻力做功为－eq\f(mgh,5)10．如图所示，一根绳的两端分别固定在两座猴山的A、B处，A、B两点水平距离为16m，竖直距离为2m，A、B间绳长为20m，质量为10kg的猴子抓住套在绳子上的滑环从A处滑到B处．以A点所在的水平面为重力势能参考平面，猴子在滑行过程中重力势能的最小值约为(绳处于拉直状态，g取10m/s2)()A.－1.2×103JB．－7.5×102JC．－6.0×102JD．－2.0×102J11．(多选)如图甲所示，质量不计的弹簧竖直固定在水平地面上，t＝0时刻，将一金属小球从弹簧正上方某一高度处由静止释放，小球落到弹簧上压缩弹簧到最低点，然后又被弹簧弹起离开弹簧，上升到一定高度后再下落，如此反复．通过安装在弹簧下端的压力传感器，测出这一过程弹簧弹力F随时间t变化的图像如图乙所示．下列说法正确的是()A．t2时刻弹簧的弹性势能最大B．t3时刻弹簧的弹性势能最大C．t1～t3这段时间内，弹簧的弹性势能先减少后增加D．t1～t3这段时间内，弹簧的弹性势能先增加后减少12.如图所示，在水平地面上放一个竖直轻弹簧，弹簧上端与一质量m＝2.0kg的木块相连，木块处于静止状态，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0.1m，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．(g取10m/s2)(1)求在木块下移0.1m的过程中弹性势能的增加量．(2)求弹簧的劲度系数．课时分层作业(二十三)重力势能1．解析：如果弹簧原来处于压缩状态，那么当它恢复原长时，它的弹性势能减小，当它变短时，它的弹性势能增大，A、B错误；弹簧拉伸时的弹性势能可能大于、小于或等于压缩时的弹性势能，需根据形变量来判断弹性势能的大小，D错误；当拉伸长度相同时，劲度系数越大的弹簧，需要克服弹力做的功越多，弹簧的弹性势能越大，C正确．答案：C2．解析：根据Ep＝mgh可知，在MN段，小车的重力势能随高度的升高而增大；在NP段，小车的重力势能不变；在PQ段，小车的重力势能随高度的降低而减小．故A、D错误，B正确．在PQ段，小车的重力势能减小，重力始终做正功，故C错误．答案：B3．解析：重力做功的多少与路径无关，仅取决于物体初、末位置，且与受不受其他力也无关，故题中的三个过程重力做的功相同；重力势能的变化量只取决于重力做的功，三个过程中物体重力势能的变化量也相同．答案：BC4．解析：重力做负功，物体位移的方向与重力方向之间的夹角一定大于90°，所以物体的位置一定升高了，A正确；因为WG＝－ΔEp，则ΔEp＝－WG＝40J，所以物体的重力势能增加了40J，B、C错误；重力做40J的负功，即物体克服重力做功40J，D正确．答案：AD5．解析：甲、乙两颗手榴弹在竖直方向上下落的高度相同，由h＝eq\f(1,2)gt2可知，它们的运动时间相等，A错误；落地前瞬间，重力的功率PG＝mgvy＝mg2t，由于运动时间相等，故重力的瞬时功率相等，B正确；从投出到落地，重力做功为mgh，故重力势能减少mgh，C正确，D错误．答案：BC6．解析：弹力做的功W＝eq\f(30＋60,2)×0.04J＝1.8J＞0，故弹性势能减少了1.8J，即ΔEp＝－1.8J，D正确．答案：D7．解析：选择矿井底部为零势能面，则该工作人员的重力势能最初为0，运送到地面下方80m处，上升的高度为40m，所以重力势能改变量为ΔEp＝24000J，故A正确．答案：A8．解析：(1)若选择海平面为重力势能参考面，学生在a、b、c位置时，相应的重力势能为Epa＝mgha＝55×10×50J＝2.75×104JEpb＝mghb＝55×10×100J＝5.5×104JEpc＝mghc＝55×10×150J＝8.25×104J他从a位置上升到c位置，重力做功为WG＝－mg(hc－ha)＝－55×10×(150－50)J＝－5.5×104J.(2)若选择100m的等高线所在平面为重力势能参考面，学生在a位置时，他相对于重力势能参考面的高度hab＝50m－100m＝－50m重力势能E′pa＝mghab＝55×10×(－50)J＝－2.75×104J学生在b位置时，因为就在重力势能参考面上，所以重力势能E′pb＝0学生在c位置时，他相对于重力势能参考面的高度hcb＝150m－100m＝50m重力势能E′pc＝mghcb＝55×10×50J＝2.75×104J从a位置上升到c位置，重力做的功等于重力势能增量的负值，则W′G＝－ΔEp＝E′pa－E′pc＝－2.75×104J－2.75×104J＝－5.5×104J.答案：(1)2.75×104J5.5×104J8.25×104J－5.5×104J(2)－2.75×104J02.75×104J－5.5×104J9．解析：因物体的加速度为eq\f(4,5)g，由牛顿第二定律可知mg－Ff＝ma，解得空气阻力Ff＝eq\f(mg,5)，重力做功WG＝mgh，阻力做功Wf＝－eq\f(mgh,5)，A、D正确，B错误；重力做功与重力势能变化的关系为WG＝－ΔEp，重力做正功，故重力势能减少mgh，C正确．答案：ACD10．解析：重力势能最小的点为最低点，由于同一根绳的张力大小相等，故猴子在最低点时，两侧绳子与水平方向夹角相同，设为θ，右侧绳长为a，左侧绳长为20m－a，如图所示．由几何关系可知20m·cosθ＝16m，asinθ－(20m－a)sinθ＝2m，联立可得a＝eq\f(35,3)m，故最低点与参考平面的高度差为eq\f(35,3)m·sinθ＝7m，猴子的重心比绳子最低点大约低0.5m，故猴子在最低点的重力势能约为－750J．故B正确．答案：B11．解析：由胡克定律可知，弹簧弹力与弹簧形变量成正比，而形变量越大，弹簧弹力越大，弹簧的弹性势能越大．由题图乙可知，t2时刻弹簧的弹力最大，弹性势能最大，故A正确，B错误．t1～t3这段时间内，弹簧的弹力先增大后减小，则弹性势能先增加后减少，故C错误，D正确．答案：AD12．解