1.4势能及其改变同步练习-2021-2022学年高一下学期物理鲁科版（2019）必修第二册（word 含答案）

鲁科版（2019）高一物理必修第二册课时同步练习
第4节势能及其改变
一、单项选择题
1、运动员跳伞将经历加速下降和减速下降两个过程,将人和伞看成一个系统,在这两个过程中,下列说法正确的是 ( )
A.阻力对系统始终做负功
B.系统受到的合力始终向下
C.重力做功使系统的重力势能增加
D.任意相等的时间内重力做的功相等
2、一根粗细均匀的长直铁棒重600 N，平放在水平地面上．现将其一端从地面抬高0.50 m，而另一端仍在地面上，则(　　)
A．铁棒的重力势能增加了300 J
B．铁棒的重力势能增加了150 J
C．铁棒的重力势能增加量为0
D．铁棒重力势能增加多少与参考平面选取有关，所以无法确定
3、一竖直弹簧下端固定于水平地面上，小球从弹簧的正上方高为h的地方自由下落到弹簧上端，如图所示，经几次反弹以后小球最终在弹簧上静止于某一点A处，则( )
A．h愈大，弹簧在A点的压缩量愈大
B．弹簧在A点的压缩量与h无关
C．h愈大，最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能愈大
D．小球第一次到达A点时弹簧的弹性势能比最终小球静止在A点时弹簧的弹性势能大
4、如图所示,某物块分别沿三条不同的轨道由离地面高h的A点滑到同一水平面上,轨道1、2是光滑的,轨道3是粗糙的,则 (　　)
A.沿轨道1滑下重力做功多
B.沿轨道2滑下重力做功多
C.沿轨道3滑下重力做功多
D.沿三条轨道滑下重力做功一样多
5、一质量为m的物体被人用手由静止竖直向上以加速度a匀加速提升h,重力加速度为g。关于此过程,下列说法不正确的是 (　　)
A.提升过程中手对物体做功m(a+g)h
B.提升过程中合外力对物体做功mah
C.提升过程中物体的重力势能增加m(a+g)h
D.提升过程中物体克服重力做功mgh
6、如图所示，可爱的毛毛虫外出觅食，缓慢经过一边长为L的等边三角形小土堆，已知其身长为3L，总质量为m，如图所示头部刚到达最高点，假设毛毛虫能一直贴着小土堆前行，求从其头部刚到达小土堆顶到其头部刚到达小土堆底端时毛毛虫的重力势能变化量为( )
A．mgL B．mgL
C．mgL D．mgL
7、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两处同时无初速度释放,则 ( )
A.沿BDP光滑轨道运动的小球的重力势能永远为正值
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.两小球刚开始从A点和B点两处无初速度释放时,重力势能相等
8、一根弹簧的弹力-伸长量图像如图所示,那么弹簧由伸长8 cm到伸长4 cm的过程中,弹力做的功和弹性势能的变化量分别为 ( )
A.3.6 J,-3.6 J
B.-3.6 J,3.6 J
C.1.8 J,-1.8 J
D.-1.8 J,1.8 J
二、多项选择题
9、关于重力势能，以下说法中错误的是( )
A．某个物体处于某个位置，重力势能的大小是唯一确定的
B．重力势能为0的物体，不可能对别的物体做功
C．物体做匀速直线运动时，重力势能一定不变
D．只要重力做功，重力势能一定变化
10、关于重力势能的几种理解错误的是 (　　)
A.重力势能等于零的物体,一定不会对别的物体做功
B.放在地面上的物体,它的重力势能一定为零
C.在不同的高度将某一物体抛出,且落地点在同一水平面上,落地时重力势能相等
D.相对不同的参考平面,物体具有不同数值的重力势能,并影响重力势能变化的研究
11、物体在某一运动过程中,重力对它做了40 J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40 J
C.物体重力势能的改变量不一定等于40 J
D.物体克服重力做了40 J的功
12、如图所示是研究物体的重力势能与哪些因素有关的实验示意图,下列对于此图的分析,正确的是 (　　)
A.比较甲和乙,说明质量相等的物体被举得越高,势能越大
B.比较甲和丙,说明在同一高度处,质量越小的物体势能越小
C.比较乙和丙,说明质量越大的物体,势能越大
D.小木桩进入沙中越深,说明物体对木桩做的功越多
13、如图1所示,小物体从竖直弹簧上方离地高h1处由静止释放,其速度与离地高度h的关系如图2所示。其中高度从h1下降到h2,图像为直线,其余部分为曲线,h3对应图像的最高点,轻弹簧劲度系数为k,轻弹簧的重力不计,小物体质量为m,重力加速度为g,下列说法正确的是 (　　)
A.小物体下降至高度h2时,弹簧的弹性势能为0
B.小物体下降至高度h3时,弹簧的弹性势能最大
C.小物体下降至高度h3时,弹簧的弹性势能最小
D.小物体下降至高度h5时,弹簧的弹性势能最大
三、非选择题
14、质量为m的木球从离水面高度为h处由静止释放，落入水中后，在水中运动的最大深度是h′，最终木球停止在水面上，若木球在水中运动时，受到因运动而产生的阻力恒为Fμ。求：
(1)木球释放后的全部运动过程重力做的功是多少？
(2)它的重力势能变化了多少？
15、如图所示，一条铁链长为2 m，质量为10 kg，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？铁链的重力势能变化了多少？
16、在离地80 m处无初速度释放一小球，小球质量为m＝200 g，不计空气阻力，g取10 m/s2，取最高点所在水平面为零势能参考平面．求：
(1)在第2s末小球的重力势能；
(2)在第3 s内重力所做的功及重力势能的变化．
17、如图所示，质量为m的小球，用一长为l的细线悬于O点，将悬线拉直成水平状态，并给小球一个向下的速度让小球向下运动，O点正下方D处有一钉子，小球运动到B处时会以D为圆心做圆周运动，并经过C点，若已知OD＝l，则小球由A点运动到C点的过程中，重力势能减少了多少？重力做功为多少？
18、金茂大厦是上海的标志性建筑之一，它的主体建筑包括地上101层，地下3层，高420.5 m，距地面341 m的第88层为观光层，环顾四周，极目眺望，上海新貌尽收眼底．假如一质量为60 kg的游客在第88层观光(g取10 m/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变化各是多少？
答案与解析
1、A
解析：两个过程,阻力都做负功,选项A正确;加速下降时合力向下,减速下降时合力向上,选项B错误;系统下降,重力做正功,所以它的重力势能减少,选项C错误;由于系统做变速运动,系统在相等时间内下落的高度不同,所以重力做功不同,选项D错误。
2、B
解析：铁棒的重心升高的高度h＝0.25 m，铁棒增加的重力势能等于克服重力做的功，与参考平面的选取无关，即ΔEp＝mgh＝600×0.25 J＝150 J，故B正确．
3、B
解析：最终小球静止在A点时，通过受力分析，小球受自身重力mg与弹簧的弹力kx大小相等，由mg＝kx得，弹簧在A点的压缩量x与h无关，弹簧弹性势能与h无关，故B正确。
4、D
解析：重力做功的大小仅取决于物体的初、末位置,跟物体运动的路径以及物体是否受其他力作用都无关,则D正确,A、B、C错误。
5、C
解析：根据牛顿第二定律知F-mg=ma,所以手对物体做功W1=Fh=m(g+a)h,故A正确。合外力的功W合=F合h=mah,B正确。物体上升h,克服重力做功mgh,重力势能增加mgh,C错误,D正确。故选C。
6、B
解析：选小土堆底端为零势能面，初状态的重力势能为Ep1＝mg×sin 60°＝mgL，毛毛虫头部刚到达山丘底端时的重力势能为Ep2＝mg×sin 60°＝mgL，其重力势能的变化量为ΔEp＝Ep2－Ep1＝mgL－mgL＝mgL，故B正确，A、C、D错误。
7、D
解析：不管选哪里为参考平面,A点和B点相对于参考平面的高度均相等,所以两小球释放时的重力势能相等,两小球在C、D两点时,重力势能不相等,选项C错误,D正确;重力势能具有相对性,如果选A、P、B三点所在水平面为参考平面,则两球在运动过程中处于其他位置时的重力势能恒为负值,选项A错误;重力做功跟路径无关,只取决于物体的始、末位置之间的竖直距离,而两小球分别到达C点和D点时,下落的高度不相等,所以重力做功不相等,选项B错误。
8、C
解析：F-x图像中图线与坐标轴所围图形的面积表示弹力做的功,则W=×0.08×60 J-×0.04×30 J=1.8 J,此过程弹力做正功,弹簧的弹性势能减小1.8 J,故选项C正确。
9、ABC
解析：选取不同的零势能面，则同一位置的物体的重力势能是不同的，A错误．重力势能为零只是表明物体处于零势能面上，它对其他物体同样可以做功，B错误．物体若在竖直方向做匀速直线运动，则物体的高度变化，重力势能也会发生变化，C错误．重力做功是重力势能变化的量度，若重力做功，重力势能一定发生变化，故D正确．
10、ABD
解析：一个物体能不能对外做功,和它所具有重力势能的多少无关,A错。如果不选择地面为零势能面,放在地面上的物体的重力势能一定不为零,B错。一旦参考平面确定后,同一物体在某一水平面上的重力势能就确定了,故C正确。重力势能的变化与高度差有关,与参考平面的选择无关,D错误。
11、AD
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°,所以物体的高度一定升高了,A正确;由于WG=-ΔEp,故ΔEp=-WG=40 J,所以物体的重力势能增加了40 J,B、C错误;重力做负功又可以说成是物体克服重力做功,D正确。
12、ABD
解析：重力势能跟物体的质量和高度有关系,物体的质量越大,高度越大,重力势能就越大。实验中采用控制变量法来研究重力势能的影响因素。显然,本题选项C中,比较乙和丙时,物体的质量和高度都不相同,无法得出结论。
13、AD
解析：小物体由高度h1下降到h2时,图线为直线,该过程中小物体做匀加速运动,小物体下降至h2时才开始接触弹簧,所以小物体下降至高度h2时,弹簧的弹性势能为0,故A正确;由题图知,小物体下降至高度h3时,速度最大,此时重力和弹力平衡,小物体继续向下运动,弹簧的弹性势能继续增大,所以小物体下降至高度h3时,弹簧的弹性势能不是最大,也不是最小,故B、C错误;小物体下降至高度h5时,速度为0,小物体下降至最低点,弹簧的弹性势能最大,故D正确。
14、解析：(1)因为重力做功与路径无关，只与过程初、末状态的高度有关，所以全过程尽管木球在水下做了往复运动，但所做的功由h的大小决定，即WG＝mgh。
(2)木球的重力势能减少了mgh。
答案：(1)mgh
(2)减少了mgh
15、解析：铁链从初状态到末状态，它的重心位置提高了h＝，因而铁链克服重力所做的功为
W＝mgl＝×10×9.8×2 J＝98 J
铁链的重力势能增加了98 J.
铁链重力势能的变化还可由初、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＝，铁链重力势能的变化ΔEp＝Ep2－Ep1＝＝×10×9.8×2 J＝98 J，即铁链的重力势能增加了98 J.
答案：98 J 增加了98J
16、解析：(1)在第2 s末小球所处的高度为：
h＝－gt2＝－×10×22 m＝－20 m
重力势能为：
Ep＝mgh＝0.2×10×(－20)J＝－40 J.
(2)在第3 s末小球所处的高度为
h′＝－gt′2＝－×10×32 m＝－45 m.
第3 s内重力做功为：
WG＝mg(h－h′)＝0.2×10×(－20＋45)J＝50 J
WG>0，所以小球的重力势能减少，且减少了50 J.
答案：(1)－40 J
(2)50 J　减少了50 J
17、解析：从A点运动到C点，小球下落h＝l
故重力做功WG＝mgh＝mgl
重力势能的变化量ΔEp＝－WG＝－mgl
负号表示小球的重力势能减少了。
答案：mgl　mgl
18、解析：(1)以地面为参考平面，游客相对地面的高度为341 m.
Ep＝mgh＝60×10×341 J≈2.0×105 J.
(2)游客上升过程中重力做负功，
WG＝－mgh≈－2.0×105 J.
Ep2＝mgh＝60×10×341 J≈2.0×105 J
Ep1＝0
由ΔEp＝Ep2－Ep1＝2.0×105 J.
即重力势能增加约2.0×105 J，或由重力做功与重力势能的变化关系可知，重力做负功约2.0×105 J，重力势能增加约2.0×105 J.
答案：(1)2.0×105 J
(2)重力做功－2.0×105 J　重力势能增加2.0×105 J