滬科版上海必修第二冊高一物理下學期課后培優(yōu)分級練專題16重力勢能(原卷版+解析)

一、單選題1．（2022·上?！ざ＃┮晃矬w在豎直向上的恒定外力作用下，從水平地面由靜止開始向上做勻加速直線運動，Ek代表動能，Ep代表勢能，h代表離地的高度，以地面為零勢能面，下列能正確反映各物理量之間關系的圖像是（）A． B．C． D．2．（2022春·上海寶山·高一上海市行知中學?？计谥校┤鐖D所示跳水運動員從跳臺跳起到落下，以跳臺的水平面為零勢能面，該運動員的動能與重力勢能是如何變化的（）A．動能：一直減??；重力勢能：一直增大B．動能：一直增大；重力勢能：一直減小C．動能：先減小后增大；重力勢能：先增大后減小D．動能：先增大后減?。恢亓菽埽合葴p小后增大3．（2022秋·上海黃浦·高二上海市向明中學?？茧A段練習）甲、乙兩個可視為質點的物體的位置如圖所示，甲在桌面上，乙在地面上，質量關系為m甲<m乙，若取桌面為零勢能面，甲、乙的重力勢能分別為Ep1、Ep2，則（）A．Ep1>Ep2 B．Ep1<Ep2 C．Ep1=Ep2 D．無法判斷4．（2022秋·上海普陀·高三曹楊二中?？茧A段練習）一質量為m的物體以加速度勻加速下降距離h的過程中，下列說法中正確的是（）A．物體的動能增加了mgh B．物體的重力勢能減少了mghC．物體所受合力為 D．除重力以外的其他力的合力為5．（2022春·上海浦東新·高一上海市實驗學校階段練習）一根輕彈簧一端固定，另一端掛一小球，將小球提起，使彈簧處于水平且自然長度，然后放開小球，讓它無初速擺下，在擺向豎直位置的過程中，小球的彈性勢能將（）A．增大 B．減少 C．不變 D．無法判斷6．（2022·上?！ざ＃┤鐖D，彈簧門是依靠彈簧形變后儲存的彈性勢能自動將打開的門關閉，當將彈簧門打開時，彈簧的彈力對外（）A．做正功 B．做負功C．不做功 D．有時做正功，有時做負功二、填空題7．（2022秋·上海虹口·高三上海市復興高級中學?？计谥校┤鐖D，質量為的小球在水平成60o斜向上力F作用下，沿與水平成30o的方向（虛線所示），斜向上做初速度為零的勻加速直線運動，F(xiàn)的大小為__________N；運動的前2s內(nèi)小球的重力勢能變化了__________J。（重力加速度g取10m/s2）8．（2022秋·上海寶山·高二?？茧A段練習）如圖，一棵樹上與A等高處有兩個質量均為0.2kg的蘋果，其中一個落入B處的籃子里，若以溝底D處為零勢能參考面，則此時該蘋果的重力勢能為_________J；另一個落到溝底的D處，若以C處為零勢能參考面，則此時該蘋果的重力勢能為_________J，。9．（2022春·上海普陀·高一曹楊二中期中）如圖所示，一條鐵鏈長為，質量為，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__________，鐵鏈的重力勢能的變化量為__________。（）10．（2022春·上海浦東新·高三上海市進才中學階段練習）把質量為1kg的物體，用一個水平的推力F=10S（S為物體下滑的位移）壓在豎直的足夠高的平整的墻上，如圖所示，墻與物體之間的動摩擦因數(shù)為0.2，物體從靜止開始下滑，則物體速度變化情況是___________；從靜止下滑到速度最大的過程中，重力勢能的增量是___________。11．（2022春·上海長寧·高一期中）如圖，在長為L的細線下掛一個質量為m的小球，用水平恒力F由靜止起拉小球，使細線偏離豎直方向角，重力加速度為g。在該過程中，小球重力勢能的變化量為___________，動能的變化量為___________。12．（2022秋·上海徐匯·高三位育中學校考階段練習）一條細長形的軟體蟲質量為20g，長10cm，蟲子質量分布近似均勻。蟲子從地面開始勻速翻越一塊高為10cm的豎直薄板。翻越的過程中，從蟲子的頭部剛好到達豎直薄板的最高點開始直至小蟲翻過豎直薄板，小蟲的重力將做______（填正功、負功、先正功后負功，先負功后正功），以地面為零勢能面，蟲子的重力勢能最大為______焦耳。13．（2022秋·上海寶山·高二?？茧A段練習）如圖是小球做平拋運動的一段運動軌跡，點在軌跡上。已知點的坐標為，小球質量為，取重力加速度，則小球做平拋運動的初速度為_________；若取拋出點為零勢能參考平面，小球經(jīng)點時的重力勢能為_________。14．（2022春·上海浦東新·高一上海市建平中學期中）質量為和的兩個小球，且，某時刻它們的速率相等，則此時它們的動能之比是_________，此時它們的重力勢能哪個大？________（選填“”、“”、“一樣大”或“無法比較”）。三、實驗題15．（2010·上?！ばＢ?lián)考二模）一同學要研究輕質彈簧的彈性勢能與彈簧長度改變量的關系；實驗裝置如下圖甲所示，在離地面高為h的光滑水平桌面上，沿著與桌子右邊緣垂直的方向放置一輕質彈簧，其左端固定，右端與質量為m的小剛球接觸；將小球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，使小球沿水平方向射出桌面，小球在空中飛行落到位于水平地面的記錄紙上留下痕跡；（1）若測得某次壓縮彈簧釋放后小球落點P痕跡到O點的距離為s，則釋放小球前彈簧的彈性勢能表達式為_________；（2）該同學改變彈簧的壓縮量進行多次測量得到下表一組數(shù)據(jù)：彈簧壓縮量x/cm1.001.502.002.503.003.50小球飛行水平距離s/m2.013.004.014.966.016.97結合（1）問與表中數(shù)據(jù)，彈簧彈性勢能與彈簧壓縮量x之間的關系式應為________；（3）完成實驗后，該同學對上述裝置進行了如下圖乙所示的改變：（I）在木板表面先后釘上白紙和復寫紙，并將木板豎直立于靠近桌子右邊緣處，使小球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；（II）將木板向右平移適當?shù)木嚯x固定，再使小球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，撞到木板上得到痕跡P；（III）用刻度尺測量紙上O點到P點的豎直距離為y；若已知木板與桌子右邊緣的水平距離為L，則（II）步驟中彈簧的壓縮量應該為_______；（4）若該同學在完成圖乙實驗的過程中，彈簧與桌子右邊緣不垂直，用（3）問的方法計算得出的彈簧壓縮量比實際______（選填“偏大”、“偏小”或“沒有影響”）。四、解答題16．（2021春·上海閔行·高一期中）起重機通過鋼繩用的恒定拉力，將一批質量為的貨物由靜止勻加速豎直吊起，物體被吊起時，不計空氣阻力（g＝10m/s2）。（1）貨物上升的加速度；（2）求貨物此時的重力勢能（取地面為零勢能參考面）；（3）拉力的瞬時功率。17．（2022春·上海長寧·高一期末）樹上與A等高的P處有一個質量m=0.3kg的蘋果，先被果農(nóng)摘下放置在B處的籃子里，然而籃子不慎傾斜，該蘋果下落至地面，后又滾落至坑底D處。若g=10m/s2，則該蘋果從P到D的過程中（1）重力勢能的變化量為？（2）此蘋果從P到C的過程中受力過于復雜，試說明此過程能求出重力做功的數(shù)值嗎？為什么？。（回復“能”或“不能”，并說明原因）18．（2022·上?！ざ＃┤鐖D，質量m=2kg的物塊（可視為質點）放在水平地面上，用細線緊繞在半徑R=0.5m的薄壁圓筒上。初始時刻，細線呈豎直繃緊狀態(tài)，圓筒的轉軸水平固定在離地足夠高H處，圓筒在電動機的帶動下由靜止開始繞中心軸轉動，轉動中角速度滿足ω=4t（rad/s），以水平地面為零勢能面，g取10m/s2，不計空氣阻力，忽略線的粗細。（1）寫出物塊上升過程中速度與時間的關系式，并說明物塊做何種運動；（2）求上升過程細線對物塊拉力F的大小；（3）求2s內(nèi)細線對物塊所做功W的大??；（4）分析說明物塊從地面提升至H處的過程中，是否存在動能和重力勢能相等的時刻？19．（2022·上?！ざ＃┤鐖D，讓一小物體（可看作質點）從圖示斜面上的點以的初速度滑上斜面，物體滑到斜面上的點后沿原路返回。若到的距離為，斜面傾角。（，，）（1）求物體沿斜面上滑時的加速度；（2）求物體與斜面間的動摩擦因數(shù)；（3）若物體從點返回時斜面變得光滑，設水平地面為零重力勢能面，且物體返回經(jīng)過點時，其動能恰與重力勢能相等，求點相對水平地面的高度。20．（2022·上?！ひ荒＃┮恍∥飰K從全長為5m、傾角為37°的斜面頂端由靜止開始沿斜面下滑，其重力勢能和動能隨下滑距離s的變化如圖中直線Ⅰ、Ⅱ所示。（已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s2）求：（1）小物塊的質量m和下滑過程中的加速度a；（2）斜面和小物塊間的滑動摩擦因數(shù)μ；（3）當小物塊的動能與重力勢能相等時，沿斜面下滑的時間t。一、單選題1．（2022·上海·二模）一物體在豎直向上的恒定外力作用下，從水平地面由靜止開始向上做勻加速直線運動，Ek代表動能，Ep代表勢能，h代表離地的高度，以地面為零勢能面，下列能正確反映各物理量之間關系的圖像是（）A． B．C． D．【答案】B【詳解】AB．設外力大小為F，物體的加速度大小為a，根據(jù)動能定理和運動學規(guī)律有由上式可知Ek與h成正比例關系，Ek-h圖像為過原點的傾斜直線；Ek與t成二次函數(shù)關系，Ek-t圖像為過原點的開口向上的拋物線的右半部分，故A錯誤，B正確；CD．設物體重力大小為G，根據(jù)重力勢能的定義和運動學規(guī)律有由上式可知Ep與h成正比例關系，Ep-h圖像為過原點的傾斜直線；Ep與t成二次函數(shù)關系，Ep-t圖像為過原點的開口向上的拋物線的右半部分，故CD錯誤。故選B。2．（2022春·上海寶山·高一上海市行知中學?？计谥校┤鐖D所示跳水運動員從跳臺跳起到落下，以跳臺的水平面為零勢能面，該運動員的動能與重力勢能是如何變化的（）A．動能：一直減?。恢亓菽埽阂恢痹龃驜．動能：一直增大；重力勢能：一直減小C．動能：先減小后增大；重力勢能：先增大后減小D．動能：先增大后減?。恢亓菽埽合葴p小后增大【答案】C【詳解】從跳臺到最高點的過程中，運動員動能減小，重力勢能增大；從最高點到接觸水面的過程中，運動員動能增大，重力勢能減小。綜上所述可知C正確。故選C。3．（2022秋·上海黃浦·高二上海市向明中學?？茧A段練習）甲、乙兩個可視為質點的物體的位置如圖所示，甲在桌面上，乙在地面上，質量關系為m甲<m乙，若取桌面為零勢能面，甲、乙的重力勢能分別為Ep1、Ep2，則（）A．Ep1>Ep2 B．Ep1<Ep2 C．Ep1=Ep2 D．無法判斷【答案】A【詳解】取桌面為零勢能面，則Ep1=0物體乙，在桌面以下Ep2<0所以Ep1>Ep2故A正確，BCD錯誤。4．（2022秋·上海普陀·高三曹楊二中?？茧A段練習）一質量為m的物體以加速度勻加速下降距離h的過程中，下列說法中正確的是（）A．物體的動能增加了mgh B．物體的重力勢能減少了mghC．物體所受合力為 D．除重力以外的其他力的合力為【答案】B【詳解】A．物體以加速度勻加速下降距離h，則則物體的動能增加為故A錯誤；B．物體的重力做功為物體向下運動，重力勢能減小，故B正確；C．物體所受合力為故C錯誤；D．除重力以外的其他力的合力為故D錯誤。故選B。5．（2022春·上海浦東新·高一上海市實驗學校階段練習）一根輕彈簧一端固定，另一端掛一小球，將小球提起，使彈簧處于水平且自然長度，然后放開小球，讓它無初速擺下，在擺向豎直位置的過程中，小球的彈性勢能將（）A．增大 B．減少 C．不變 D．無法判斷【答案】A【詳解】讓小球無初速擺下，在擺向豎直位置的過程中，彈簧明顯在伸長，彈簧對小球做負功，彈性勢能增大，A正確，BCD錯誤。故選A。6．（2022·上?！ざ＃┤鐖D，彈簧門是依靠彈簧形變后儲存的彈性勢能自動將打開的門關閉，當將彈簧門打開時，彈簧的彈力對外（）A．做正功 B．做負功C．不做功 D．有時做正功，有時做負功【答案】B【詳解】彈簧門是依靠彈簧形變后儲存的彈性勢能自動將打開的門關閉，當將彈簧門打開時，彈簧彈力方向與門的移動方向相反，彈簧的彈力對外做負功，B正確，ACD錯誤；故選B。二、填空題7．（2022秋·上海虹口·高三上海市復興高級中學?？计谥校┤鐖D，質量為的小球在水平成60o斜向上力F作用下，沿與水平成30o的方向（虛線所示），斜向上做初速度為零的勻加速直線運動，F(xiàn)的大小為__________N；運動的前2s內(nèi)小球的重力勢能變化了__________J。（重力加速度g取10m/s2）【答案】

10【詳解】[1]對小球受力分析，如圖所示可得解得[2]沿著小球運動方向，由牛頓第二定律可得運動的前2s內(nèi)小球小球的位移根據(jù)幾何關系可得小球的重力勢能變化量聯(lián)立可得8．（2022秋·上海寶山·高二校考階段練習）如圖，一棵樹上與A等高處有兩個質量均為0.2kg的蘋果，其中一個落入B處的籃子里，若以溝底D處為零勢能參考面，則此時該蘋果的重力勢能為_________J；另一個落到溝底的D處，若以C處為零勢能參考面，則此時該蘋果的重力勢能為_________J，。【答案】

8.8

-6【詳解】[1]若以溝底D處為零勢能參考面，則此時該蘋果的重力勢能為[2]若以C處為零勢能參考面，則此時該蘋果的重力勢能為9．（2022春·上海普陀·高一曹楊二中期中）如圖所示，一條鐵鏈長為，質量為，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__________，鐵鏈的重力勢能的變化量為__________。（）【答案】

10

10【詳解】[1]當鐵鏈全部離開地面的瞬間，鐵鏈重心升高了克服重力做功為[2]鐵鏈的重力勢能的變化量為10．（2022春·上海浦東新·高三上海市進才中學階段練習）把質量為1kg的物體，用一個水平的推力F=10S（S為物體下滑的位移）壓在豎直的足夠高的平整的墻上，如圖所示，墻與物體之間的動摩擦因數(shù)為0.2，物體從靜止開始下滑，則物體速度變化情況是___________；從靜止下滑到速度最大的過程中，重力勢能的增量是___________。【答案】

先加速后減速最后靜止

-50J【詳解】[1]根據(jù)牛頓第二定律可知則隨著物體的下滑，則F增加，加速度先減小后反向增加，則物體先加速后減速，最后靜止。[2]當物體速度最大時滿足mg=μF=10μS解得S=5m則物體的重力勢能增加11．（2022春·上海長寧·高一期中）如圖，在長為L的細線下掛一個質量為m的小球，用水平恒力F由靜止起拉小球，使細線偏離豎直方向角，重力加速度為g。在該過程中，小球重力勢能的變化量為___________，動能的變化量為___________?！敬鸢浮?/p>

【詳解】[1]小球重力勢能的變化量為[2]根據(jù)動能定理可知，動能的變化量為12．（2022秋·上海徐匯·高三位育中學?？茧A段練習）一條細長形的軟體蟲質量為20g，長10cm，蟲子質量分布近似均勻。蟲子從地面開始勻速翻越一塊高為10cm的豎直薄板。翻越的過程中，從蟲子的頭部剛好到達豎直薄板的最高點開始直至小蟲翻過豎直薄板，小蟲的重力將做______（填正功、負功、先正功后負功，先負功后正功），以地面為零勢能面，蟲子的重力勢能最大為______焦耳?！敬鸢浮?/p>

先負功后正功

【詳解】[1]蟲子的頭部剛好到達豎直薄板的最高點時，重心的高度為5cm，當蟲子尾部剛好到達豎直薄板的最高點時，重心的高度仍為5cm，整個過程重力做功為零，小蟲的重力先做負功后做正功；[2]當蟲子的中心到達豎直薄板的最高點時，重力勢能最大，設蟲子長度為L，質量為m，以地面為零勢能面，蟲子的重力勢能最大為13．（2022秋·上海寶山·高二?？茧A段練習）如圖是小球做平拋運動的一段運動軌跡，點在軌跡上。已知點的坐標為，小球質量為，取重力加速度，則小球做平拋運動的初速度為_________；若取拋出點為零勢能參考平面，小球經(jīng)點時的重力勢能為_________?！敬鸢浮?/p>

2

【詳解】[1]依題意，小球在豎直方向上有則則小球做平拋運動的初速度為[2]小球在橫坐標為20cm點時豎直方向的分速度則小球從起拋到該點所經(jīng)歷的時間在這段時間內(nèi)水平位移豎直位移若取拋出點為零勢能參考平面，那么小球經(jīng)P點時的重力勢能為14．（2022春·上海浦東新·高一上海市建平中學期中）質量為和的兩個小球，且，某時刻它們的速率相等，則此時它們的動能之比是_________，此時它們的重力勢能哪個大？________（選填“”、“”、“一樣大”或“無法比較”）?！敬鸢浮?/p>

無法比較【詳解】[1]則它們的動能之比是[2]重力勢能的表達式為，因為不清楚h的關系，則它們的重力勢能無法比較三、實驗題15．（2010·上?！ばＢ?lián)考二模）一同學要研究輕質彈簧的彈性勢能與彈簧長度改變量的關系；實驗裝置如下圖甲所示，在離地面高為h的光滑水平桌面上，沿著與桌子右邊緣垂直的方向放置一輕質彈簧，其左端固定，右端與質量為m的小剛球接觸；將小球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，使小球沿水平方向射出桌面，小球在空中飛行落到位于水平地面的記錄紙上留下痕跡；（1）若測得某次壓縮彈簧釋放后小球落點P痕跡到O點的距離為s，則釋放小球前彈簧的彈性勢能表達式為_________；（2）該同學改變彈簧的壓縮量進行多次測量得到下表一組數(shù)據(jù)：彈簧壓縮量x/cm1.001.502.002.503.003.50小球飛行水平距離s/m2.013.004.014.966.016.97結合（1）問與表中數(shù)據(jù)，彈簧彈性勢能與彈簧壓縮量x之間的關系式應為________；（3）完成實驗后，該同學對上述裝置進行了如下圖乙所示的改變：（I）在木板表面先后釘上白紙和復寫紙，并將木板豎直立于靠近桌子右邊緣處，使小球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，撞到木板并在白紙上留下痕跡O；（II）將木板向右平移適當?shù)木嚯x固定，再使小球向左壓縮彈簧一段距離后由靜止釋放，撞到木板上得到痕跡P；（III）用刻度尺測量紙上O點到P點的豎直距離為y；若已知木板與桌子右邊緣的水平距離為L，則（II）步驟中彈簧的壓縮量應該為_______；（4）若該同學在完成圖乙實驗的過程中，彈簧與桌子右邊緣不垂直，用（3）問的方法計算得出的彈簧壓縮量比實際______（選填“偏大”、“偏小”或“沒有影響”）?！敬鸢浮?/p>

偏小【詳解】（1）[1]由平拋運動規(guī)律有s=vt得由機械能守恒定律得（2）[2]由表中數(shù)據(jù)可看出，在誤差范圍內(nèi)，s正比于x，即s=200x所以彈簧彈性勢能與彈簧壓縮量x之間的關系式應為（3）[3]由于小球釋放前壓縮彈簧的彈性勢能為聯(lián)立得（II）步驟中彈簧的壓縮量應該為（4）[4]彈簧與桌子右邊緣不垂直，則會使小鋼球做斜下拋運動，此時會使y增大，由可知，導致x的測量值偏小。四、解答題16．（2021春·上海閔行·高一期中）起重機通過鋼繩用的恒定拉力，將一批質量為的貨物由靜止勻加速豎直吊起，物體被吊起時，不計空氣阻力（g＝10m/s2）。（1）貨物上升的加速度；（2）求貨物此時的重力勢能（取地面為零勢能參考面）；（3）拉力的瞬時功率。【答案】（1）m/s2；（2）J；（3）W【詳解】（1）貨物受到繩的拉力F及自身重力的作用，根據(jù)牛頓第二定律有代入題中相關數(shù)據(jù)求得：貨物上升的加速度（2）取地面為零勢能參考面，此時貨物的重力勢能為（3）依題意，根據(jù)，可得物體被吊起時的速度大小為則此時拉力的瞬時功率17．（2022春·上海長寧·高一期末）樹上與A等高的P處有一個質量m=0.3kg的蘋果，先被果農(nóng)摘下放置在B處的籃子里，然而籃子不慎傾斜，該蘋果下落至地面，后又滾落至坑底D處。若g=10m/s2，則該蘋果從P到D的過程中（1）重力勢能的變化量為？（2）此蘋果從P到C的過程中受力過于復雜，試說明此過程能求出重力做功的數(shù)值嗎？為什么？。（回復“能”或“不能”，并說明原因）【答案】（1）15.6J；（2）能；重力重力做功與路徑無關，只與初末兩態(tài)的位置有關?！驹斀狻浚?）該蘋果從P到D的過程中，重力勢能的減小量為（2）能求出從P到C蘋果重力做功的數(shù)值；因重力重力做功與路徑無關，只與初末兩態(tài)的位置有關。18．（2022·上?！ざ＃┤鐖D，質量m=2kg的物塊（可視為質點）放在水平地面上，用細線緊繞在半徑R=0.5m的薄壁圓筒上。初始時刻，細線呈豎直繃緊狀態(tài)，圓筒的轉軸水平固定在離地足夠高H處，圓筒在電動機的帶動下由靜止開始繞中心軸轉動，轉動中角速度滿足ω=4t（rad/s），以水平地面為零勢能面，g取10m/s2，不計空氣阻力，忽略線的粗細。（1）寫出物塊上升過程中速度與時間的關系式，并說明物塊做何種運動；（2）求上升過程細線對物塊拉力F的大??；（3）求2s內(nèi)細線對物塊所做功W的大??；（4）分析說明物塊從地面提升至H處的過程中，是否存在動能和重力勢能相等的時刻？【答案】（1）v=2t（m/s），物塊做初速為零、加速度為2m/s2的勻加速直線運動；（2）24N；（3）96J；（4）不存在【詳解】（1）圓筒邊緣線速度與物塊上升速度大小相同，所以結合勻變速直線運動規(guī)律可知物塊做初速為零