2024-2025學(xué)年新教材高中物理第四章機(jī)械能及其守恒定律4勢(shì)能練習(xí)含解析教科版必修2

PAGE7-勢(shì)能(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.關(guān)于重力勢(shì)能,下列說法中正確的是 ()A.重力勢(shì)能有正、負(fù)值,表示物體的重力勢(shì)能是矢量B.只要物體在水平面以下,其重力勢(shì)能就為負(fù)值C.衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng),當(dāng)由近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),其重力勢(shì)能減小D.重力勢(shì)能是地球與物體所組成的系統(tǒng)共有的【解析】選D。重力勢(shì)能有正、負(fù)值,其正負(fù)表示物體的重力勢(shì)能的大小,重力勢(shì)能是標(biāo)量,故A錯(cuò)誤;重力勢(shì)能的大小與零勢(shì)能面的選取有關(guān),在零勢(shì)能面下方,物體重力勢(shì)能為負(fù)值,在零勢(shì)能面上方,物體重力勢(shì)能為正值,在零勢(shì)能面上,物體重力勢(shì)能為零,故B錯(cuò)誤;衛(wèi)星繞地球做橢圓運(yùn)動(dòng),當(dāng)由近地點(diǎn)向遠(yuǎn)地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),其重力勢(shì)能增加,故C錯(cuò)誤;重力勢(shì)能是物體和地球共有的,而不是物體單獨(dú)具有的,離開地球物體將不再具有重力勢(shì)能,故D正確?！炯庸逃?xùn)練】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)無初速度釋放,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兩處無初速度釋放時(shí),重力勢(shì)能相等【解析】選D。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,D正確;兩小球到達(dá)C點(diǎn)和D點(diǎn)時(shí),重力勢(shì)能不相等,C錯(cuò)誤;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,則兩球在運(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,則兩球在運(yùn)動(dòng)過程中的重力勢(shì)能恒為正值,A錯(cuò)誤;另外,重力做功跟路徑無關(guān),只取決于物體在始、末位置的高度差,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,B錯(cuò)誤。2.在2024年世界蹦床錦標(biāo)賽中,中國(guó)選手高磊以61.705分獲得男子網(wǎng)上個(gè)人項(xiàng)目金牌。對(duì)于運(yùn)動(dòng)員身體保持直立狀態(tài)由最高點(diǎn)下落至蹦床的過程(如圖所示),若忽視空氣阻力,關(guān)于運(yùn)動(dòng)員所受重力做功、運(yùn)動(dòng)員的重力勢(shì)能,下列說法中正確的是 ()A.重力做正功,重力勢(shì)能削減B.重力做負(fù)功,重力勢(shì)能削減C.重力做負(fù)功,重力勢(shì)能增加D.重力做正功,重力勢(shì)能增加【解析】選A。運(yùn)動(dòng)員身體保持直立狀態(tài)由最高點(diǎn)下落至蹦床的過程中,重力方向與位移方向相同,則重力做正功,重力勢(shì)能削減;故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。3.如圖所示,質(zhì)量為m的跳高運(yùn)動(dòng)員先后用背越式和跨越式兩種跳高方式跳過某一高度,該高度比他起跳時(shí)的重心高出h,則他從起跳后至越過橫桿的過程中克服重力所做的功,下面說法正確的是 ()A.都必需大于mghB.都不肯定大于mghC.用背越式不肯定大于mgh,用跨越式必需大于mghD.用背越式必需大于mgh,用跨越式不肯定大于mgh【解析】選C。從起跳后至越過橫桿的過程中,跨越式跳高時(shí)運(yùn)動(dòng)員克服重力所做的功肯定大于mgh,而背越式跳高時(shí)不肯定大于mgh,也可以小于mgh,也可以等于mgh。故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。4.(2024·東城區(qū)高一檢測(cè))如圖所示,一根長(zhǎng)為l,質(zhì)量為m的勻質(zhì)軟繩懸于O點(diǎn),若將其下端向上提起使其對(duì)折,則做功至少為 ()A.mgl B.mglC.mgl D.mgl【解析】選D。將軟繩下端向上提起,相當(dāng)于把下半段向上移動(dòng)了,重力勢(shì)能增加了mg·=mgl,即外力至少要做的功為mgl,D正確。5.(2024·本溪高一檢測(cè))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()【解析】選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。6.如圖所示,質(zhì)量為m的物體靜止在地面上,物體上面連著一個(gè)輕彈簧,用手拉住彈簧上端上移H,將物體緩緩提高h(yuǎn),拉力F做功WF,不計(jì)彈簧的質(zhì)量,則下列說法正確的是 ()A.重力做功-mgh,重力勢(shì)能削減mghB.彈力做功-WF,彈性勢(shì)能增加WFC.重力勢(shì)能增加mgh,彈性勢(shì)能增加FHD.重力勢(shì)能增加mgh,彈性勢(shì)能增加WF-mgh【解析】選D。可將整個(gè)過程分為兩個(gè)階段:一是彈簧伸長(zhǎng)到物體剛要離開地面階段,拉力克服彈力做功WF1=-W彈,等于彈性勢(shì)能的增加;二是彈簧長(zhǎng)度不變,物體上升h,拉力克服重力做功WF2=-WG=mgh,等于重力勢(shì)能的增加,又由WF=WF1+WF2,可知A、B、C錯(cuò)誤,D正確。二、計(jì)算題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)(2024·德州高一檢測(cè))如圖所示,質(zhì)量為m的小球,用一長(zhǎng)為l的細(xì)線懸于O點(diǎn),將懸線拉直成水平狀態(tài),并給小球一個(gè)向下的速度讓小球向下運(yùn)動(dòng),O點(diǎn)正下方D處有一釘子,小球運(yùn)動(dòng)到B處時(shí)會(huì)以D為圓心做圓周運(yùn)動(dòng),并經(jīng)過C點(diǎn),若已知OD=l,則小球由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)的過程中,重力勢(shì)能削減了多少?重力做功為多少?【解析】從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),小球下落高度h=l,故重力做功WG=mgh=mgl,重力勢(shì)能的改變量ΔEp=-WG=-mgl負(fù)號(hào)表示小球的重力勢(shì)能削減了。答案:mglmgl8.(12分)起重機(jī)以的加速度將質(zhì)量為m的物體勻減速地沿豎直方向提上升度h,則起重機(jī)鋼索的拉力對(duì)物體做的功為多少?物體克服重力做功為多少?物體的重力勢(shì)能改變了多少?【解析】由題意可知起重機(jī)的加速度ɑ=,物體上上升度為h,據(jù)牛頓其次定律得mg-F=mɑ所以F=mg-mɑ=mg-m×g=mg方向豎直向上。所以拉力做功WF=Fh=mgh重力做功WG=-mgh即物體克服重力做功為mgh又因?yàn)閃G=Ep1-Ep2=-mgh,WG<0,Ep1<Ep2即物體的重力勢(shì)能增加了mgh。答案:mghmgh增加了mgh(15分鐘·40分)9.(6分)(多選)(2024·青島高一檢測(cè))如圖所示,物體沿不同的路徑從A運(yùn)動(dòng)到B,其中按不同的路徑:①有摩擦作用;②無摩擦作用,③無摩擦,但有其他外力拉它。比較這三種狀況下重力做的功W1、W2、W3,重力勢(shì)能的改變量ΔEp1、ΔEp2、ΔEp3的關(guān)系,以下正確的是 ()A.W1>W2>W3 B.W1=W2=W3C.ΔEp1=ΔEp2=ΔEp3 D.ΔEp1<ΔEp2<ΔEp3【解析】選B、C。重力做功與路徑無關(guān),取決于物體初、末位置,且與物體是否受其他力無關(guān)。重力勢(shì)能的改變量只取決于重力做的功,因此,三種狀況下重力做功相同,重力勢(shì)能的改變量也相同。10.(6分)(多選)圖甲是玩家玩“蹦極”嬉戲的真實(shí)照片,玩家將一根長(zhǎng)為AB的彈性繩子的一端系在身上,另一端固定在高處,然后從高處跳下,圖乙是玩家到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)的狀況,其中AB為彈性繩子的原長(zhǎng),C點(diǎn)是彈力等于重力的位置,D點(diǎn)是玩家所到達(dá)的最低點(diǎn),對(duì)于玩家離開跳臺(tái)至最低點(diǎn)的過程中,下列說法正確的是 ()A.重力對(duì)人始終做正功B.人的重力勢(shì)能始終減小C.玩家通過B點(diǎn)之后,繩子具有彈性勢(shì)能D.從A到D,彈性繩子的彈性勢(shì)能始終增加【解析】選A、B、C。整個(gè)過程中,重力始終做正功,重力勢(shì)能始終減小;人從高空落下到彈性繩子達(dá)到原長(zhǎng)的過程中,彈性繩子不做功,此后彈性繩子始終做負(fù)功,彈性勢(shì)能始終增加,故A、B、C正確。11.(6分)(多選)質(zhì)量為m的物體從地面上方H高處無初速度釋放,落在地面后出現(xiàn)一個(gè)深度為h的坑,如圖所示,則整個(gè)過程中 ()A.重力對(duì)物體做功為mgHB.物體的重力勢(shì)能削減了mg(H+h)C.重力對(duì)物體做的功為mg(H+h)D.物體的重力勢(shì)能削減了mgH【解析】選B、C。在整個(gè)過程中,物體下落的高度為(H+h),則重力對(duì)物體做的功為mg(H+h),故A錯(cuò)誤,C正確;依據(jù)重力做功多少物體的重力勢(shì)能就削減多少,可知物體的重力勢(shì)能削減了mg(H+h),故B正確,D錯(cuò)誤。12.(22分)(2024·黃岡高一檢測(cè))如圖所示,圓柱形水箱高為5m,容積為50m3,水箱底部接通水管A,頂部接通水管B。起先時(shí)箱中無水,若僅運(yùn)用A管或僅運(yùn)用B管漸漸地將水注入,直到箱中水滿為止,試計(jì)算兩種狀況下外界各需做多少功。(設(shè)需注入的水起先時(shí)均與箱底等高,g取10m/s2【解析】以H表示水箱的高度。水若從A管注入,整箱水的重心上升,外界做功W1=mg·=ρVg·=103×50×10×J=1.25×106J。水若從B管注入,整箱水應(yīng)先上升到H的箱頂處,故外界做的功W2=2W1=2×1.25×106J=2.5×106J答案:1.25×106J2.5×106J【加固訓(xùn)練】?jī)蓚€(gè)底面積都是S的圓桶放在同一水平面上,桶內(nèi)裝水,水面高度分別為h1和h2,如圖所示。已知水的密度為