高中物理人教版 (2019)必修 第二册2 重力势能巩固练习

2020-2021学年人教版（2019）必修第二册

8.2重力势能 课时作业15（含解析）

1．以一定的初速度竖直向上抛出一个小球,小球上升的最大高度为h ,空气阻力的大小恒为F,则从抛出到落回到抛出点的过程中,重力和空气阻力对小球做的功分别为(   )

A．0，  0 B．mg2h   ，-2Fh C．0 ， -2Fh D．0  ，-Fh

2．关于重力做功和重力势能的变化，下列叙述正确的是（　　）

A．做竖直上抛运动的物体，在上升阶段重力做负功，重力势能减少

B．做竖直上抛运动的物体，在上升阶段重力做正功，重力势能增加

C．做平抛运动的物体，重力势能在不断减少

D．只要物体的高度降低，其重力势能一定在增加

3．如图所示，桌面高度为h，质量为m的小球，从离桌面高H的A点处自由下落，落到地面上的B点处，取桌面为零势能面，小球可视为质点。则下列说法正确的是（　　）

A．小球在A处的重力势能为mg（H+h）

B．小球在B处的重力势能为0

C．整个下落过程重力对小球做的功为mg（H+h）

D．小球落到地面前瞬间重力的功率为

4．电势的定义：在电场中，某点电荷的电势能跟它所带的电荷量之比，叫做这点的电势（）。类似地，我们把质点在地面附近某点的重力势能与质点质量的比值叫做该点的重力势，则以地面为参考平面，离地面竖直高度为h处的重力势为（　　）

A．g B．－g C．gh D．－gh

5．无偿献血、救死扶伤的崇高行为，是文明社会的标志之一。现代献血常采用机采成分血的方式，就是指把健康人捐献的血液，通过血液分离机分离出其中某一种成分（如血小板、粒细胞或外周血干细胞）储存起来，再将分离后的血液回输到捐献者体内。分离血液成分需要用到一种叫离心分离器的装置，其工作原理的示意图如图所示，将血液装入离心分离器的封闭试管内，离心分离器转动时给血液提供一种“模拟重力”的环境，“模拟重力” 的方向沿试管远离转轴的方向，其大小与血液中细胞的质量以及其到转轴距离成正比。初始时试管静止，血液内离转轴同样距离处有两种细胞a、b， 其密度分别为ρa和ρb，它们的大小与周围血浆密度ρ0的关系为ρa<ρ0<ρb。对于试管由静止开始绕轴旋转并不断增大转速的过程中，下列说法中正确的是（　　）

A．细胞a相对试管向外侧运动，细胞b相对试管向内侧运动

B．细胞a的“模拟重力势能”变小，细胞b的“模拟重力势能”变大

C．这种离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”沿转动半径方向各处大小相同

D．若某时刻a、b两种细胞沿垂直于转轴的半径方向速率相等，则“模拟重力”对细胞a做功的功率小于对细胞b做功的功率

6．下列运动中的物理量，不变的是（　　）

A．平抛运动中的重力势能 B．平抛运动中的加速度

C．匀速圆周运动中的线速度 D．匀速圆周运动中的向心加速度

7．下列物理量中属于矢量的是（　　）

A．加速度 B．周期 C．功 D．重力势能

8．如图所示，桌面离地高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，选取桌面为零势能面，则小球触地前瞬间的重力势能为（　　）

A． B．

C． D．

9．关于重力势能和弹性势能，下列说法正确的是（　　）

A．发生形变的物体一定具有弹性势能

B．和所有的矢量一样，重力势能的正负代表重力势能的方向

C．重力势能的大小与零势能面的选取有关

D．若规定弹簧的长度为原长时，弹簧的弹性势能为0，则弹簧压缩时弹性势能是负值，弹簧伸长时弹性势能为正值

10．关于物理概念，下面说法正确的是（　　）

A．由W=FS可知，作用在物体上的力越大，物体位移越大，这个力做功越多

B．由可知，力在单位时间做功越多，其功率越大

C．由Ep=mgh可知，放在地面上的物体，它具有的重力势能一定为零

D．由可知，弹簧变长时，它的弹性势能一定增大

11．跳水运动员从10m高的跳台跳下（不计阻力），在下落的过程中（　　）

A．运动员重力做正功

B．运动员的动能减少，重力势能增加

C．运动员的合外力做正功

D．运动员的动能增加，重力势能减少

12．关于重力势能，下列说法中正确的是（　　）

A．重力势能为零的物体，有可能对别的物体做功

B．物体做匀速直线运动时，其重力势能一定不变

C．重力对物体做正功，物体的重力势能一定增加

D．重力对物体做正功，物体的重力势能一定减少

13．如图所示，轻弹簧竖直固定在水平地面上，处于原长状态。现有一小球以初速度 落在弹簀上端，某同学以初始时弹簧上端的位置为坐标原点，向下为坐标轴的正方向，作出了小球下落过程中所受合力F与下落位移x的关系图像，其中小球下落至最低点时x=12cm，重力加速度g取10m/s2。根据图像可知（　　）

A．小球的质量m=2 kg B．小球的初速度m/s

C．小球下落过程中的最大速度m/s D．最低点时，弹簧的弹性势能Ep=0.36J

14．从同一高度以相同的速率分别抛出完全相同的三个小球，一个竖直向上抛出，一个竖直向下抛出，另一个水平抛出。不考虑空气阻力。则三个小球从被抛出到落地（　　）

A．在整个运动过程中重力做功不同

B．在整个运动过程中重力做功的平均功率不同

C．落地时的速度大小相同

D．落地时重力的瞬时功率相同

15．如图所示，质量为0.5kg的小球，从桌面以上h2=0.4m的A点落到地面的B点，桌面高h1＝0.8m。以桌面为参考平面，取g=10m/s2，下列说法正确的是（　　）

A．小球在A点的重力势能为6J

B．小球在B点的重力势能为－4J

C．小球从A点下落到B点的过程ΔEP=6J

D．小球从A点下落到B点的过程中重力做的功为6J

16．在水平地面上放着一个竖直的轻弹簧，弹簧上端与一个质量为2.0kg的木块相连，若木快上再作用一个竖直向下的力F，是木块缓慢向下移动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．

求：（1）在木块下移0.10m的过程中弹性势能的增加量

（2）弹簧的劲度系数

17．质量为5kg的物体在竖直向上的拉力F＝100 N的作用下由静止开始运动5 s，（g取10 m/s2）

求： 

（1）物体运动的加速度大小

（2）5 s内重力所做功

（3） 拉力Ｆ所做的功 

（4）5s末拉力的功率

18．(1)用起重机把质量为200kg的物体匀速提高了5m，钢绳的拉力做了多少功？重力做了多少功？克服重力做了多少功？这些力的总功是多少？（g=10m/s2）

(2)若物体匀加速上升，加速度a=2m/s2，绳的拉力做了多少功？物体所受各力的总功是多少？

19．广州塔位于广州市中心，塔高约450 m，天线桅杆约160 m，整体高约610 m．站在400 m高处、质量为60 kg的游客，在下列情况中，重力势能是多少？(g取10 m/s2)

(1)以地面为参考系；

(2)以塔顶为参考系；

(3)以桅杆顶为参考系．

20．质量为5 kg的钢球，从离地15 m高处自由下落1 s，其重力势能的变化量为多大？(g取10 m/s2，取地面为参考平面)

参考答案

1．C

【详解】

从抛出到落回到抛出点的过程中，重力的位移为零，则重力做功为零；阻力做功与路程有关，则阻力做功

Wf=-2Fh

故选C。

2．C

【详解】

AB．做竖直上抛运动的物体，在上升阶段，重力做负功，重力势能不断增加，故AB错误；

C．做平抛运动的物体，重力做正功，重力势能在不断减少，故C正确；

D．要物体高度降低了，重力就对物体做正功，则物体重力势能就减少，故D错误。

故选C。

3．C

【详解】

A．取桌面为零势能面，则小球在A处的重力势能为mgH，选项A错误；

B．取桌面为零势能面，小球在B处的重力势能为-mgh，选项B错误；

C．整个下落过程重力对小球做的功为

WG=mg（H+h）

选项C正确；

D．小球落到地面前的瞬时速度

重力的功率为

选项D错误。

故选C。

4．C

【详解】

以地面为参考平面，离地面竖直高度为h处的重力势能为

根据重力势的定义有

故C正确，ABD错误。

故选C。

5．C

【详解】

A． 转动时细胞需要向心力F，有F=mrω2，因ω，r相同，则质量大的即密度大的所需要的向心力大，周围细胞对其作用力小于所需的向心力则要做离心运动，则b向外运动，而a则向内运动，故A错误；

B． “模拟重力” 的方向沿试管远离转轴的方向，b向外运动，而a则向内运动，细胞a的“模拟重力势能”变大，细胞b的“模拟重力势能”变小，故B错误；

C． 离心分离器“模拟重力”对应的“重力加速度”g=rω2可知“重力加速度”沿转动半径方向向外侧逐渐变大，故C正确；

D． 垂直于转轴的半径方向速率相等，而垂直于模拟重力方向，故功率均为零，故D错误。

故选C。

6．B

【详解】

A． 做平抛运动的物体，重力做了正功，可知物体的重力势能减小，故A错误；

B． 做平抛运动的物体只受重力作用，加速度等于重力加速度，做匀变速曲线运动，即加速度不变，故B正确；

C． 匀速圆周运动中的线速度，方向始终改变，故C错误；

D． 做匀速圆周运动时，合外力提供向心力，物体的加速度即为向心加速度，一直指向圆心位置，即向心加速度的方向改变，故D错误。

故选B。

7．A

【详解】

矢量是既有大小又有方向的物理量，故加速度是矢量，周期、功、重力势能只有大小没有方向是标量，故A正确BCD错误。

故选A。

8．B

【详解】

取桌面为零势能面，小球触地前瞬间的重力势能为

故B正确，ACD错误。

故选B。

9．C

【详解】

A．若物体发生的形变是非弹性形变，则会没有弹力作用，物体就不具有弹性势能，故A错误；

B．重力势能是标量，有正负之分，但其正负不表示方向，故B错误；

C．重力势能是相对量，其大小与零势能面的选取有关，故C正确；

D．根据功能关系可知，弹簧压缩和拉长时，弹簧均要克服外力做功，故弹簧的弹性势能均增大，故无论是压缩还是伸长，弹性势能均为正值，故D错误。

故选C。

10．B

【详解】

A．由W=FScosθ可知，作用在物体上的力越大，物体位移越大，这个力做功不一定越多，选项A错误；

B．由可知，力在单位时间做功越多，其功率越大，选项B正确；

C．由Ep=mgh可知，放在地面上的物体，如果以地面为零重力势能参考面，它具有的重力势能才为零，选项C错误；

D．由可知，弹簧的形变量越大，弹性势能越大，而当弹簧变长时，它的弹性势能不一定增大，选项D错误。

故选B。

11．ACD

【详解】

A．由于重力向下，向下运动，因此重力做正功，A正确；

BD．重力做正功，动能增加，重力势能减小，B错误，D正确；

C．合外力就是重力，因此合外力做正功，C正确。

故选ACD。

12．AD

【详解】

A．重力势能为零只能说明其在零势能面上，但是重力是否能做功取决于是否有高度差，与零势能面无关，所以重力势能为零可以对别的物体做功，故A正确；

B．物体若在竖直方向做匀速直线运动，则重力势能一定改变，故B错误；

CD．重力做正功时，重力势能一定减小，故C错误，D正确。

故选AD。

13．BD

【详解】

A．初始位置时，弹簧的弹力为零，合力就是小球重力，因此小球质量为0.2kg，A错误；

BD．弹簧压缩4cm时，弹簧的弹力等于小球重力，根据

可得弹簧的劲度系数

在压缩x=12cm时小球速度减为零，这个过程中，小球与弹簧组成的系统机械能守恒

整理得，初速度

此时最大弹性势能最大，为

BD正确；

C．弹簧压缩x1=4cm时，加速度减小到零，速度达到最大值，根据机械能守恒定律

代入数据，解得

C错误。

故选BD。

14．BC

【详解】

AB．根据重力做功公式W=mgh可知，由于三小球质量相同，下落高度相同，则重力做功相同，落地的时间不同，竖直上抛时间最长，竖直下抛时间最短，所以运动过程中，三个小球重力做功的平均功率不同，故A错误，B正确；

C．小球运动过程中，只有重力做功，机械能守恒，故末速度大小相等，但方向不同，故C正确；

D．落地时速度大小相等，但方向不同，根据P=Gvcosθ可知，重力的瞬时功率不等，故D错误。

故选BC。

15．BD

【详解】

A．以桌面为参考平面，小球在A点的重力势能为

故A错误；

B．以桌面为参考平面，小球在B点的重力势能为

故B正确；

C．小球从A点下落到B点的过程重力势能的变化

故C错误；

D．小球从A点下落到B点的过程中重力做的功为

故D正确。

故选BD。

16．（1）4.5J    （2）500N/m

【分析】

根据能量的转化与守恒：弹簧弹性势能的增加量等于力F做的功与木块重力势能的减少量之和；根据胡克定律结合共点力平衡条件列式求解弹簧劲度系数；

【详解】

（1）弹簧弹性势能的增加量等于力F做的功与木块重力势能的减少量之和
故弹簧的弹性势能增加量：；
（2）刚开始，没有F作用时，木块处于静止状态，则有：
当F作用时，木块下移，再次平衡时有：
根据可得：．

【点睛】

本题的关键是对木块和弹簧系统运用功能关系，要明确系统中哪些能量减少、哪些能量增加．

17．（1）10m/s2  (2)-6250J  (3)12500J   （4）5000w

【分析】

由牛顿第二定律可求得加速度，由速度公式求出速度；由功的公式可求得拉力的功；由功公率公式求得功率；由P=Fv可求得5s末的瞬时功率．

【详解】

（1）由牛顿第二定律可知，F-mg=ma；
解得，；
（2）5 s内上升的高度:

重力所做功

（3）拉力所做的功W=Fx=100×125=12500J；
（4）5s末的速度v=at=10×5=50m/s；
则5s末拉力的功率P=Fv=100×50=5000W；

【点睛】

本题考查功、功率及牛顿第二定律等的应用，注意加速度是联系各个问题的桥梁；在计算中要注意明确瞬时功率及平均功率的区别．

18．(1)WF=1.0×104J,W G=-1.0×104J , W总=0  (2)WT=1.2×104J , W总′=2000J

【解析】

【分析】

（1）根据平衡条件求出拉力大小，再代入功的计算公式即可．

（2）由牛顿第二定律求出拉力的大小，再求拉力做功．物体所受各力的总功等于合外力做的功．

本题考查了求功的问题，要分析清楚物体运动过程，根据平衡条件和牛顿第二定律求出各力的大小，再根据功的计算公式求功．

【详解】

（1）物体匀速提升，由平衡条件得：钢绳的拉力F =mg=200×10N=2000N

钢绳的拉力做功：WF=Fh=2000×5J=1.0×104J

重力做功：WG=-mgh=-200×10×5J=-1.0×104J

则物体克服重力做功为1.0×104J．

这些力所做的总功是：W总=WF+WG=0

（2）根据牛顿第二定律得T-mg=ma

得T =m（g+a）=200×（10+2）N=2400N

绳的拉力做功：WT=Th=2400×5J=1.2×104J

物体所受各力的总功等于合外力做的功W总′=mah=200×2×5=2000J

19．（1） （2） （3）

【详解】

（1）游客到地面的高度为400 m，所以重力势能；

（2）游客在塔顶下方50 m处，所以重力势能；

（3）游客在桅杆顶下方210 m处，所以重力势能．

20．250J

【解析】

根据得：，

重力做的功，所以重力势能减少的数值为250J．