五：机械能
机械能的守恒定律
机械能的守恒定律机械能的守恒定律是物理学中一个重要的定律，它描述了在没有外力做功的情况下，机械能的总量在一个封闭系统中保持不变。
机械能由动能和势能两部分组成，动能与物体的质量和速度有关，势能则与物体所处的位置有关。
一、机械能的定义机械能是指物体的动能和势能之和。
动能是物体由于运动而具有的能量，它与物体的质量和速度有关；势能是物体由于位置而具有的能量，它与物体所处的位置和重力加速度有关。
机械能的定义公式如下：E = K + U其中，E表示机械能，K表示动能，U表示势能。
二、当一个系统中没有外力做功时，机械能守恒。
即系统的初机械能等于系统的末机械能。
数学表达式为：E初 = E末说明了在一个封闭系统中，机械能的总量保持不变。
三、应用例子1. 自由落体运动自由落体运动是一个经典的应用例子。
在自由落体过程中，物体只受到重力作用，没有其他外力做功。
因此，根据机械能守恒定律，物体的机械能在自由落体过程中保持不变。
在物体从高空自由落下时，它的势能逐渐减小，同时动能逐渐增大，但机械能总量不变。
当物体着地时，势能减为零，动能最大，而机械能的总量保持不变。
2. 弹簧振子弹簧振子是另一个常见的应用例子。
当弹簧振子受到外力推动，弹簧被拉伸或压缩，势能发生变化，而动能几乎为零。
当弹簧恢复原状时，势能减小至零，而动能增加至最大值。
在整个振动过程中，机械能保持不变。
四、实验验证为了验证机械能守恒定律，可以进行一系列实验。
例如，可以将一个小球从一定高度释放，使其在竖直方向上自由下落，然后观察小球落地前后的机械能变化。
通过测量小球的质量、高度和速度等参数，可以计算出初机械能和末机械能，验证机械能的守恒定律。
另外，还可以进行弹簧振子的实验，测量弹簧振子在不同位置的势能和动能值，并对比初机械能和末机械能是否相等，从而验证机械能守恒定律。
五、结论机械能的守恒定律是物理学中的基本定律之一，它描述了没有外力做功的封闭系统中，机械能的总量保持不变。
高考物理：基础知识点整理,高分必备
高考物理：基础知识点整理，高分必备一、静力学：二、运动学：三、运动定律：四、圆周运动万有引力：五、机械能：六、动量：七、振动和波：1．物体做简谐振动，1.1在平衡位置达到最大值的量有速度、动量、动能1.2在最大位移处达到最大值的量有回复力、加速度、势能1.3通过同一点有相同的位移、速率、回复力、加速度、动能、势能，只可能有不同的运动方向1.4经过半个周期，物体运动到对称点，速度大小相等、方向相反。
1.5半个周期内回复力的总功为零，总冲量为，路程为2倍振幅。
1.6经过一个周期，物体运动到原来位置，一切参量恢复。
1.7一个周期内回复力的总功为零，总冲量为零。
路程为4倍振幅。
2．波传播过程中介质质点都作受迫振动，都重复振源的振动，只是开始时刻不同。
波源先向上运动，产生的横波波峰在前;波源先向下运动，产生的横波波谷在前。
波的传播方式：前端波形不变，向前平移并延伸。
3．由波的图象讨论波的传播距离、时间、周期和波速等时：注意“双向”和“多解”。
4．波形图上，介质质点的运动方向：“上坡向下，下坡向上”5．波进入另一介质时，频率不变、波长和波速改变,波长与波速成正比。
6．波发生干涉时，看不到波的移动。
振动加强点和振动减弱点位置不变，互相间隔。
八、热学1．阿伏加德罗常数把宏观量和微观量联系在一起。
宏观量和微观量间计算的过渡量：物质的量（摩尔数）。
2．分析气体过程有两条路：一是用参量分析（PV/T=C）、二是用能量分析（ΔE=W+Q）。
3．一定质量的理想气体，内能看温度，做功看体积，吸放热综合以上两项用能量守恒分析。
九、静电学：十、恒定电流：直流电实验：十一、磁场：十二、电磁感应：十三、交流电：十四、电磁场和电磁波：1．麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹用实验证明电磁波的存在。
2．均匀变化的A在它周围空间产生稳定的B，振荡的A在它周围空间产生振荡的B。
十五、光的反射和折射：1．光由光疏介质斜射入光密介质，光向法线靠拢。
第五章 机械能守恒定律
第7章 机械能守恒定律复习学案考点一 功的分析与计算1．功的正负(1)0≤α<90°，力对物体做正功．(2)90°<α≤180°，力对物体做负功，或者说物体克服这个力做了功．(3)α＝90°，力对物体不做功．2．功的计算：W ＝Fl cos_α(1)α是力与位移方向之间的夹角，l 为物体对地的位移．(2)该公式只适用于恒力做功．(3)功是标(填“标”或“矢”)量．1. [正、负功的判断 ]如图2所示，质量为m 的物体置于倾角为θ的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数为μ，在外力作用下，斜面以加速度a 沿水平方向向左做匀加速运动，运动中物体m 与斜面体相对静止．则关于斜面对m 的支持力和摩擦力的下列说法中错误的是( )A ．支持力一定做正功B ．摩擦力一定做正功C ．摩擦力可能不做功D ．摩擦力可能做负功2. [变力功、合力的功的计算]如图3所示，长为L 的木板水平放置，在木板的A 端放置一个质量为m 的小物块，现缓慢地抬高A 端，使木板以左端为轴转动，当木板转到与水平面的夹角为α时小物块开始滑动，此时停止转动木板，小物块滑到底端的速度为v ，则在整个过程中，下列说法不正确的是( )A ．木板对小物块做功为12m v 2 B ．B ．摩擦力对小物块做功为mgL sin αC ．支持力对小物块做功为mgL sin αD ．滑动摩擦力对小物块做功为12m v 2－mgL sin α考点二 功率的计算1．公式P ＝W t和P ＝F v 的区别 P ＝W t是功率的定义式，P ＝F v 是功率的计算式． 2．平均功率的计算方法(1)利用P ＝W t. (2)利用P ＝F ·v cos α，其中v 为物体运动的平均速度． 3．瞬时功率的计算方法(1)利用公式P ＝F v cos α，其中v 为t 时刻的瞬时速度．(2)P ＝F ·v F ，其中v F 为物体的速度v 在力F 方向上的分速度．(3)P ＝F v ·v ，其中F v 为物体受到的外力F 在速度v 方向上的分力．3. [对瞬时功率和平均功率的理解]把A 、B 两小球在离地面同一高度处以相同大小的初速度v 0分别沿水平方向和竖直方向抛出，不计空气阻力，如图5所示，则下列说法正确的是( )A ．两小球落地时速度相同B ．两小球落地时，重力的瞬时功率相同C ．从开始运动至落地，重力对两小球做的功相同D ．从开始运动至落地，重力对两小球做功的平均功率相同4. [P ＝Fv 公式的应用]水平面上静止放置一质量为m ＝0.2 kg 的物块，固定在同一水平面上的小型电动机通过水平细线牵引物块，使物块由静止开始做匀加速直线运动，2秒末达到额定功率，其v －t 图线如图6所示，物块与水平面间的动摩擦因数为μ＝0.1，g ＝10 m/s 2，电动机与物块间的距离足够长．求：(1)物块做匀加速直线运动时受到的牵引力大小；(2)电动机的额定功率；(3)物块在电动机牵引下，最终能达到的最大速度．考点三 动能定理及其应用1．表达式：W ＝12m v 22－12m v 21＝E k2－E k1. 2．理解：动能定理公式中等号表明了合外力做功与物体动能的变化具有等量代换关系．合外力做功是引起物体动能变化的原因．3．适用条件(1)动能定理既适用于直线运动，也适用于曲线运动．(2)既适用于恒力做功，也适用于变力做功．(3)力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分阶段作用．4．应用技巧：若过程包含了几个运动性质不同的分过程，既可以分段考虑，也可以整个过程考虑．5. [对动能定理的理解]如图8所示，电梯质量为M ，在它的水平地板上放置一质量为m 的物体．电梯在钢索的拉力作用下竖直向上加速运动，当电梯的速度由v 1增加到v 2时，上升高度为H ，则在这个过程中，下列说法或表达式正确的是( )A ．对物体，动能定理的表达式为WF N ＝12m v 22，其中W F N 为支持力的功 B ．对物体，动能定理的表达式为W 合＝0，其中W 合为合力的功C ．对物体，动能定理的表达式为W F N －mgH ＝12m v 22－12m v 21D ．对电梯，其所受合力做功为12M v 22－12M v 21 6．[动能定理的应用]如图9甲所示，一质量为m ＝1 kg 的物块静止在粗糙水平面上的A 点，从t ＝0时刻开始物块受到如图乙所示规律变化的水平力F 的作用并向右运动，第3 s 末物块运动到B 点时速度刚好为0，第5 s 末物块刚好回到A 点，已知物块与粗糙水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，求：(g ＝10 m/s 2)(1)A 与B 间的距离；(2)水平力F 在前5 s 内对物块做的功．考点四 机械能守恒的判断1．内容 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，但机械能的总量保持不变．2．条件只有重力或弹力做功．3．判断方法(1)用定义判断：若物体动能、势能均不变，则机械能不变．若一个物体动能不变、重力势能变化，或重力势能不变、动能变化或动能和重力势能同时增加(减少)，其机械能一定变化．(2)用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功，虽受其他力，但其他力不做功，机械能守恒．(3)用能量转化来判断：若物体或系统中只有动能和势能的相互转化而无机械能与其他形式的能的转化，则物体或系统机械能守恒．(4)对多个物体组成的系统，除考虑外力是否只有重力做功外，还要考虑系统内力做功，如有滑动摩擦力做功时，因摩擦生热，系统机械能将有损失．7．[守恒条件的应用]一蹦极运动员身系弹性蹦极绳从水面上方的高台下落，到最低点时距水面还有数米距离．假定空气阻力可忽略，运动员可视为质点，下列说法正确的是( )A ．运动员到达最低点前重力势能始终减小B ．蹦极绳张紧后的下落过程中，弹性力做负功，弹性势能增加C ．蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统机械能守恒D ．蹦极过程中，重力势能的改变与重力势能零点的选取有关8. [机械能守恒定律的应用]如图2所示，劲度系数为k 的轻质弹簧，一端系在竖直放置的半径为R 的圆环顶点P ，另一端系一质量为m 的小球，小球穿在圆环上做无摩擦的运动．设开始时小球置于A 点，弹簧处于自然状态，当小球运动到最低点时速率为v ，对圆环恰好没有压力．下列分析正确的是( )A ．小球过B 点时，弹簧的弹力为mg －m v 2RB ．小球过B 点时，弹簧的弹力为mg ＋m v 22RC ．从A 到B 的过程中，小球的机械能守恒D ．从A 到B 的过程中，小球的机械能减少考点五 机械能守恒定律的应用机械能守恒的三种表达式1．守恒观点(1)表达式：E k1＋E p1＝E k2＋E p2或E1＝E2.(2)意义：系统初状态的机械能等于末状态的机械能．(3)注意：要先选取零势能参考平面，并且在整个过程中必须选取同一个零势能参考平面．2．转化观点(1)表达式：ΔE k＝－ΔE p.(2)意义：系统的机械能守恒时，系统增加(或减少)的动能等于系统减少(或增加)的势能．3．转移观点(1)表达式：ΔE A增＝ΔE B减．(2)意义：若系统由A、B两部分组成，当系统的机械能守恒时，则A部分机械能的增加量等于B 部分机械能的减少量．9．[机械能守恒定律的简单应用]如图4所示，表面光滑的固定斜面顶端安装一定滑轮，小物块A、B用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)．初始时刻，A、B处于同一高度并恰好处于静止状态．剪断轻绳后A下落，B沿斜面下滑，则从剪断轻绳到两物块着地，两物块()A．速率的变化量不同B．机械能的变化量不同C．重力势能的变化量相同D．重力做功的平均功率相同10.[综合问题的分析]如图5所示，在同一竖直平面内，一轻质弹簧一端固定，另一自由端恰好与水平线AB平齐，静止放在倾角为53°的光滑斜面上．一长为L＝9 cm的轻质细绳一端固定在O 点，另一端系一质量为m＝1 kg的小球，将细绳拉直水平，使小球在位置C由静止释放，小球到达最低点D时，细绳刚好被拉断．之后小球在运动过程中恰好沿斜面方向将弹簧压缩，最大压缩量为x＝5 cm.(g＝10 m/s2，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6)求：(1)轻质细绳受到的拉力最大值；(2)D点到水平线AB的高度h；(3)轻质弹簧所获得的最大弹性势能E p.考点六 多物体机械能守恒问题11. [绳连接的系统机械能守恒]如图7，可视为质点的小球A 、B 用不可伸长的细软轻线连接，跨过固定在地面上、半径为R 的光滑圆柱，A 的质量为B 的两倍．当B 位于地面时，A 恰与圆柱轴心等高．将A 由静止释放，B 上升的最大高度是( )A ．2R B.5R 3 C.4R 3 D.2R 312．[轻杆连接的系统机械能守恒]质量分别为m 和2m 的两个小球P 和Q ，中间用轻质杆固定连接，杆长为L ，在离P 球L 3处有一个光滑固定轴O ，如图8所示．现在把杆置于水平位置后自由释放，在Q 球顺时针摆动到最低位置时，求：(1)小球P 的速度大小；(2)在此过程中小球P 机械能的变化量．考点七 能量守恒定律及应用1．内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．2．表达式ΔE减＝ΔE增．3．基本思路(1)某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；(2)某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加且减少量和增加量一定相等．4.求解相对滑动物体的能量问题的方法(1)正确分析物体的运动过程，做好受力分析．(2)利用运动学公式，结合牛顿第二定律分析物体的速度关系及位移关系．(3)公式Q＝F f·x相对中x相对为两接触物体间的相对位移，若物体在传送带上做往复运动时，则x相对为总的相对路程．13.如图4所示，在光滑水平地面上放置质量M＝2 kg的长木板，木板上表面与固定的竖直弧形轨道相切．一质量m＝1 kg的小滑块自A点沿弧面由静止滑下，A点距离长木板上表面高度h＝0.6 m．滑块在木板上滑行t＝1 s后，和木板一起以速度v＝1 m/s做匀速运动，取g＝10 m/s2.求：(1)滑块与木板间的摩擦力；(2)滑块沿弧面下滑过程中克服摩擦力做的功；(3)滑块相对木板滑行的距离．第7章 机械能守恒定律复习学案答案1.答案 B解析 支持力方向垂直斜面向上，故支持力一定做正功．而摩擦力是否存在需要讨论，若摩擦力恰好为零，物体只受重力和支持力，如图所示，此时加速度a ＝g tan θ，当a >g tan θ时，摩擦力沿斜面向下，摩擦力与位移夹角小于90°，则做正功；当a <g tan θ时，摩擦力沿斜面向上，摩擦力与位移夹角大于90°，则做负功．综上所述，B 是错误的．2. 答案 B解析 在抬高A 端的过程中，小物块受到的摩擦力为静摩擦力，其方向和小物块的运动方向时刻垂直，故在抬高阶段，摩擦力并不做功，这样在抬高小物块的过程中，由动能定理得：W F N ＋W G ＝0，即W F N －mgL sin α＝0，所以W F N ＝mgL sin α.在小物块下滑的过程中，支持力不做功，滑动摩擦力和重力做功，由动能定理得：W G ＋W f ＝12m v 2，即W f ＝12m v 2－mgL sin α，B 错，C 、D 正确．在整个过程中，设木板对小物块做的功为W ，对小物块在整个过程由动能定理得W ＝12m v 2，A 正确． 3.答案 C4.答案 (1)0.28 N (2)0.224 W (3)1.12 m/s解析 (1)由题图知物块在匀加速阶段加速度大小a ＝Δv ＝0.4 m/s 2 物块受到的摩擦力大小F f ＝μmg设牵引力大小为F ，则有：F －F f ＝ma得F ＝0.28 N(2)当v ＝0.8 m/s 时，电动机达到额定功率，则P ＝F v ＝0.224 W(3)物块达到最大速度v m 时，此时物块所受的牵引力大小等于摩擦力大小，有F f ＝μmg ，P ＝F f v m解得v m ＝1.12 m/s.5.解析 电梯上升的过程中，对物体做功的有重力mg 、支持力F N ，这两个力的总功才等于物体动能的增量ΔE k ＝12m v 22－12m v 21，故A 、B 均错误，C 正确；对电梯，无论有几个力对它做功，由动能定理可知，其合力做的功一定等于其动能的增量，故D 正确．6. 答案 (1)4 m (2)24 J解析 (1)A 、B 间的距离与物块在后2 s 内的位移大小相等，在后2 s 内物块在水平恒力作用下由B 点匀加速运动到A 点，由牛顿第二定律知F －μmg ＝ma ，代入数据得a ＝2 m/s 2，所以A 与B 间的距离为x ＝12at 2＝4 m. (2)前3 s 内物块所受力F 是变力，设整个过程中力F 做的功为W ，物块回到A 点时速度为v ，则v 2＝2ax ，由动能定理知W －2μmgx ＝12m v 2，所以W ＝2μmgx ＋max ＝24 J. 7.答案 ABC解析 运动员到达最低点过程中，重力始终做正功，所以重力势能始终减少，A 项正确．蹦极绳张紧后的下落过程中，弹性力做负功，弹性势能增加，B 项正确．蹦极过程中，运动员、地球和蹦极绳所组成的系统，只有重力和弹力做功，所以机械能守恒，C 项正确．重力势能的改变与重力势能零点的选取无关，D 项错误．8. 答案 D解析 从A 到B 的过程中，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，弹簧的弹性势能增大，小球的机械能减小；由于小球运动到最低点时速率为v ，对圆环恰好没有压力，根据牛顿第二定律，F 弹－mg ＝m v 2R ，即F 弹＝mg ＋m v 2R，故只有选项D 正确． 9．答案 D解析 A 、B 开始时处于静止状态，对A ：m A g ＝F T ①对B ：F T ＝m B g sin θ②由①②得m A g ＝m B g sin θ即m A ＝m B sin θ③由机械能守恒知，mgh ＝12m v 2，所以v ＝2gh ，落地速率相同，故速率的变化量相同，A 项错误；剪断轻绳后，A 、B 均遵守机械能守恒定律，机械能没有变化，故B 项错误；由ΔE p ＝mgh ，因m不同，故ΔE p 不同，C 项错误；重力做功的功率P A ＝m A g v ＝m A g v 2＝m A g 2gh 2，P B ＝m B g v sin θ＝m B g 2gh 2sin θ，由③式m A ＝m B sin θ，得P A ＝P B ，D 项正确． 10.答案 (1)30 N (2)16 cm (3)2.9 J解析 (1)小球由C 运动到D ，由机械能守恒定律得： mgL ＝12m v 21解得v 1＝2gL ① 在D 点，由牛顿第二定律得F T －mg ＝m v 21L② 由①②解得F T ＝30 N 由牛顿第三定律知细绳所能承受的最大拉力为30 N.(2)由D 到A ，小球做平抛运动v 2y ＝2gh ③ tan 53°＝v y v 1④ 联立③④解得h ＝16 cm. (3)小球从C 点到将弹簧压缩至最短的过程中，小球与弹簧组成的系统机械能守恒，即E p ＝mg (L ＋h ＋x sin 53°)，代入数据得：E p ＝2.9 J.11.答案 C解析 设A 球刚落地时两球速度大小为v ，根据机械能守恒定律得，2mgR －mgR ＝12(2m ＋m )v 2，解得v 2＝23gR ，B 球继续上升的高度h ＝v 22g ＝R 3，B 球上升的最大高度为h ＋R ＝43R . 12.答案 (1)2gL 3 (2)增加49mgL 解析 (1)两球和杆组成的系统机械能守恒，设小球Q 摆到最低位置时P 球的速度为v ，由于P 、Q 两球的角速度相等，Q 球运动半径是P 球运动半径的两倍，故Q 球的速度为2v .由机械能守恒定律得2mg ·23L －mg ·13L ＝12m v 2＋12·2m ·(2v )2，解得v ＝2gL 3. (2)小球P 机械能增加量ΔE ＝mg ·13L ＋12m v 2＝49mgL 13.解析 (1)对木板受力分析F f ＝Ma 1 由运动学公式，有v ＝a 1t 解得F f ＝2 N.(2)对滑块受力分析－F f ＝ma 2 设滑块滑上木板时的初速度为v 0由公式v －v 0＝a 2t 解得v 0＝3 m/s滑块沿弧面下滑的过程，由动能定理得mgh －W f ＝12m v 20 W f ＝mgh －12m v 20＝1.5 J. (3)t ＝1 s 内木板的位移x 1＝12a 1t 2 此过程中滑块的位移 x 2＝v 0t ＋12a 2t 2 故滑块相对木板滑行距离 L ＝x 2－x 1＝1.5 m.答案 (1)2 N (2)1.5 J (3)1.5 m。
新高考物理机械能5-5 “机械能守恒定律中的连接体问题”面面观同步练
第五章机械能（五）“机械能守恒定律中的连接体问题”面面观1．(2022·重庆高三模拟)一质量不计的直角形支架两端分别连接质量为m和2m的小球A和B。
支架的两直角边长度分别为2l和l，支架可绕固定轴O在竖直平面内无摩擦转动，如图所示。
开始时OA边处于水平位置，由静止释放，重力加速度为g，则()A．A球的最大速度为2glB．A球的速度最大时，两小球的总重力势能最小C．A球第一次转动到与竖直方向的夹角为45°时，A球的速度大小为8(2＋1)gl3D．A、B两球的最大速度之比v A∶v B＝3∶12．(多选)如图所示，固定于地面、倾角为θ的光滑斜面上有一轻质弹簧，轻质弹簧一端与固定于斜面底端的挡板C连接，另一端与物块A连接，物块A上方放置有另一物块B，物块A、B的质量均为m且不粘连，整个系统在沿斜面向下的外力F作用下处于静止状态。
某一时刻将力F撤去，在弹簧将A、B弹出过程中，若A、B能够分离，重力加速度为g。
则下列叙述正确的是()A．A、B刚分离的瞬间，两物块速度达到最大B．A、B刚分离的瞬间，A的加速度大小为g sin θC．从撤去力F到A、B分离的过程中，A物块的机械能一直增加D．从撤去力F到A、B分离的过程中，A、B物块和弹簧构成的系统机械能守恒3．(多选)如图所示，由长为L的轻杆构成的等边三角形支架位于竖直平面内，其中两个端点分别固定质量均为m的小球A、B，系统可绕O点在竖直面内转动，初始位置OA水平。
由静止释放，重力加速度为g，不计一切摩擦及空气阻力。
则()A．系统在运动过程中机械能守恒B．B球运动至最低点时，系统重力势能最小C．A球运动至最低点过程中，动能一直在增大D．摆动过程中，小球B的最大动能为34mgL4.如图所示，长为2L 的轻弹簧AB 两端等高地固定在竖直墙面上，弹簧刚好处于原长，现在其中点O 处轻轻地挂上一个质量为m的物体P 后，物体向下运动，当它运动到最低点时，弹簧与竖直方向的夹角为θ，重力加速度为g ，下列说法正确的是( )A ．向下运动的过程中，物体的加速度先增大后减小B ．向下运动的过程中，物体的机械能先增大后减小C ．物体在最低点时，弹簧的弹性势能为mgL tan θD ．物体在最低点时，弹簧中的弹力为mg 2cos θ5．(多选)如图所示，半径为R 的光滑圆环固定在竖直面内，质量均为m 的A 、B 两球用轻杆连接套在圆环上。
2025年高考物理总复习课件专题五机械能第2讲动能、动能定理
高考总复习·物理
【解析】物体沿斜面向下做匀加速直线运动，加速度a1＝g(sin θ-μcos θ)， 在水平面上又做匀减速直线运动，加速度a2＝μg，因动摩擦因数μ和斜面 倾角θ未知，故不能确定a1、a2的大小关系，但可确定v＝a1t1＝a2t2，v2＝ 2a1s1＝2a2s2，所以速度大小随时间均匀增大，而后又均匀减小，时间短 的加速度大，位移长的加速度小，故A、B正确；由Ek＝12mv2＝12ma2t2， 可知Ek-t的图像应是两段抛物线的拼合，C错误；由Ek＝12mv2＝mas，可 知，Ek-s的图像应是线性关系，D正确.
高考总复习·物理
【解析】重力做的功为WG＝mgh＝800 J，A错误；下滑过程根据动能定 理可得WG-Wf＝12 mvQ2，代入数据解得，克服阻力做的功为Wf＝440 J， B正确；经过Q点时向心加速度大小为a＝vQh2＝9 m/s2，C正确；经过Q 点时，据牛顿第二定律可得F-mg＝ma，解得货物受到的支持力大小为F ＝380 N，据牛顿第三定律可知，货物对轨道的压力大小为380 N，D正 确.
高考总复习·物理
【解析】根据动能定理Ek＝Ek0-μmgx，由图像可知μmg＝12000＝5 N，解 得μ＝0.25，A、B正确；物体滑行过程中的动能的变化量为-100 J，C错 误；物体的初速v0＝ 2Emk0＝10 m/s，加速度a＝μg＝2.5 m/s2，D正确.
高考总复习·物理
考点3 动能定理在多过程运动中的应用 ［能力考点］
高考总复习·物理
解：(1)重物处于平衡状态，由2Fcos 37°＝mg 解得F＝250 N. (2)设停止施力时重物的速度为v，发力使重物上升的高度为h1，停止发 力后重物继续上升的高度为h2，从两人停止施力到重物恰好接触地面的 时间为t.由v2＝2gh2，vt-12gt2＝-h1， 联立得t＝0.4 s. (3)设地面对重物的平均阻力为f，重物把地面砸的深度为h3，重物从最高 点到最低点的过程中，有-fh3+mg(h1+h2+h3)＝0 解得f＝4 000 N.
2022物理第五章机械能第3节机械能守恒定律及其应用学案
第3节机械能守恒定律及其应用必备知识预案自诊知识梳理一、重力做功与重力势能1。
重力做功的特点(1)重力做功与路径无关，只与物体始末位置的有关。
（2）重力做功不引起物体的变化。
2.重力势能（1）公式:E p=。
(2）矢标性:重力势能是，但有正、负，其意义是表示物体的重力势能比它在参考平面上大还是小,这与功的正、负的物理意义不同。
(3）系统性:重力势能是物体和共有的。
(4）相对性:重力势能的大小与的选取有关。
重力势能的变化是的,与参考平面的选取。
3.重力做功与重力势能变化的关系(1)定性关系：重力对物体做正功,重力势能就;重力对物体做负功,重力势能就。
(2）定量关系:重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量.即W G=—（E p2-E p1)=。
二、弹性势能1.弹性势能(1）定义:发生弹性形变的物体之间,由于有弹力的相互作用而具有的势能,叫弹性势能。
（2）弹性势能的大小与形变量及有关。
(3）矢标性：。
（4）没有特别说明的情况下,一般选弹簧形变为零的状态为弹性势能零点。
2.弹力做功与弹性势能变化的关系弹力做功与弹性势能变化的关系类似于重力做功与重力势能变化的关系，用公式表示为W=。
三、机械能守恒定律1.机械能和统称为机械能，其中势能包括和。
2。
机械能守恒定律(1)内容:在只有做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化,而总的机械能。
（2）机械能守恒的条件①只有重力或弹力做功。
①注:（1）机械能守恒的条件不是合外力做的功等于零，更不是合外力为零；中学阶段可理解为“只有重力或弹簧的弹力做功”，但要明确不是“只受重力或弹力作用”。
（2）利用守恒观点列机械能守恒的方程时一定要选取零势能面，而且系统内不同的物体必须选取同一零势能面。
(3)守恒表达式考点自诊1.判断下列说法的正误.(1）克服重力做功,物体的重力势能一定增加.(）（2）发生弹性形变的物体都具有弹性势能。
（）(3）弹簧弹力做正功时，弹性势能增加。
（）(4)物体所受合外力为零时，机械能一定守恒.（）(5）物体受到摩擦力作用时，机械能一定要变化。
高中物理必修二 第四章 第五节 机械能守恒定律
√A.下落至C处速度最大
B.由A至D的过程中机械能守恒
√C.由B至D的过程中，动能先增大后减小 √D.由A运动到D时，重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量
小球从B至C过程，重力大于弹力，合力向下，小球做加速 运动，小球从C至D过程，重力小于弹力，合力向上，小球 做减速运动，所以小球由B至D的过程中，动能先增大后减 小，在C点动能最大，速度最大，故A、C正确； 由A至B下落过程中小球只受重力，其机械能守恒，从B至D过程，小 球和弹簧组成的系统机械能守恒，但小球的机械能不守恒，故B错误； 在D位置小球速度减小到零，小球的动能为零，则从A运动到D时，小 球重力势能的减少量等于弹簧弹性势能的增加量，故D正确.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
题图丁中，不计细绳与滑轮间的摩擦和滑轮质量时，绳子 张力对A做负功，对B做正功，代数和为零，空气阻力对A、 B均做负功所以A、B组成的系统机械能减少，故D错误.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
4.(多选)如图所示，一轻弹簧一端固定于O点，另一端系一重物，将重物 从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度释放，让它自由 摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆到最低点的过程中
答案 32 J 对弹簧和木块组成的系统由机械能守恒定律有12mv02＝12mv12＋Ep1 则 Ep1＝12mv02－12mv12＝32 J.
例4 (多选)如图，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上.其上方A位置有
一小球，小球从静止开始下落到B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所
受弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零.不计空气阻力，弹簧
针对训练 (多选)如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是
第五章 机械能
第五章机械能一、功：功等于力和物体沿力的方向的位移的乘积；1、计算公式：w=Fs;2、推论：w=Fscosθ, θ为力和位移间的夹角；3、功是标量，但有正、负之分，力和位移间的夹角为锐角时，力作正功，力与位移间的夹角是钝角时，力作负功；二、功率：是表示物体做功快慢的物理量；1、求平均功率：P=W/t；2、求瞬时功率：p=Fv,当v是平均速度时，可求平均功率；3、功、功率是标量；三、功和能间的关系：功是能的转换量度；做功的过程就是能量转换的过程，做了多少功，就有多少能发生了转化；四、动能定理：合外力做的功等于物体动能的变化。
1、数学表达式：w合=mv t2/2－mv02/22、适用范围：既可求恒力的功亦可求变力的功；3、应用动能定理解题的优点：只考虑物体的初、末态，不管其中间的运动过程；4、应用动能定理解题的步骤：（1）、对物体进行正确的受力分析，求出合外力及其做的功；（2）、确定物体的初态和末态，表示出初、末态的动能；（3）、应用动能定理建立方程、求解五、重力势能：物体的重力势能等于物体的重量和它的速度的乘积。
1、重力势能用E P来表示；2、重力势能的数学表达式： E P=mgh；3、重力势能是标量，其国际单位是焦耳；4、重力势能具有相对性：其大小和所选参考系有关；5、重力做功与重力势能间的关系（1）、物体被举高，重力做负功，重力势能增加；（2）、物体下落，重力做正功，重力势能减小；（3）、重力做的功只与物体初、末为置的高度有关，与物体运动的路径无关五、机械能守恒定律：在只有重力（或弹簧弹力做功）的情形下，物体的动能和势能（重力势能、弹簧的弹性势能）发生相互转化，但机械能的总量保持不变。
1、机械能守恒定律的适用条件：只有重力或弹簧弹力做功；例：2、机械能守恒定律的数学表达式：3、在只有重力或弹簧弹力做功时，物体的机械能处处相等；例：4、应用机械能守恒定律的解题思路（1）、确定研究对象，和研究过程；（2）、分析研究对象在研究过程中的受力，判断是否遵受机械能守恒定律；（3）、恰当选择参考平面，表示出初、末状态的机械能；（4）、应用机械能守恒定律，立方程、求解；。
第五章第3讲机械能守恒定律-2025年高考物理一轮复习PPT课件
答案
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第13页
解析：当重力和弹簧弹力大小相等时，小球速度最大，此时加速度为零，选项 A、B 错 误；小球、地球、弹簧所组成的系统在此过程中只有重力和弹簧弹力做功，机械能守恒，选 项 C 正确；小球的机械能指动能与重力势能之和，从 A 到 B 过程中，弹力做正功，机械能增 加，脱离弹簧后，小球只受重力，机械能守恒，选项 D 正确．
转化法 与其他形式能的转化，则机械能守恒
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典例 1 (2024·广东广州五地六校模拟)如图所示为“反向蹦极”运动简化示意图．假设 弹性轻绳的上端固定在 O 点，拉长后将下端固定在体验者身上，并通过扣环和地面固定， 打开扣环，人从 A 点静止释放，沿竖直方向经 B 点上升到最高位置 C 点，在 B 点时速度最 大．不计空气阻力，则下列说法正确的是( )
从 A→O：W 弹>0，Ep↓；从 O→B：W 弹<0，Ep↑
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三、机械能守恒定律 1．机械能：动能 和 势能 统称为机械能，其中势能包括 弹性势能 和 重力势能 ．
2．机械能守恒定律
(1)内容：在只有 重力或弹力 的机械能 保持不变 ．
做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总
A．初速度 v0 越小，ΔF 越大 B．初速度 v0 越大，ΔF 越大 C．绳长 l 越长，ΔF 越大 D．小球的质量 m 越大，ΔF 越大
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2．弹力做功与弹性势能变化的关系
(1)弹力做功与弹性势能变化的关系类似于重力做功与重力势能变化的关系，用公式表
示：W＝ Ep1－Ep2
.
(2)对于弹性势能，一般物体的弹性形变量越大，弹性势能 越大 .
初中九年级(初三)物理 第五章机械能及其守恒定律
1 mv2 2
2、重力势能：地球上的物体具有的跟它的高度有关的能。
EP mgh
3、弹性势能：发生弹性形变的物体的各部分之间，
由于有弹力的相互作用而具有的势能。
Ep
1 2
kl 2
4、动能定理：合力所做的总功等于物体动能的变化。
W总＝
1 2
mv22
1 2
mv12
5、重力做功与重力势能变化的关系：重力做的功等于物体 重力势能的减少量。
1、动能和重力势能可以相互转化 2、动能和弹性势能可以相互转化
通过重力或弹簧弹力做功，机械能可 以从一种形式转化成另一种形式。
质量为m的物体自由下落过程中，经过高度h1的A点时速度为v1，下落至 高度h2的B点处速度为v2，不计空气阻力，取地面为参考平面，试写出物体在 A点时的机械能和B点时的机械能，并找到这两个机械能之间的数量关系。
v0 h1
4、长为L的均匀链条，放在光滑的水平桌面上，且使其长度的1/4垂在桌 边，如图所示，松手后链条从静止开始沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离
开桌边时的速度大小为多大？
【解析】：链条下滑时，因 桌面光滑，没有摩擦力做功。 整根链条总的机械能守恒，
初末
L
L
4
8
L
2
可用机械能守恒定律求解。
设整根链条质量为m，则单位
初状态的重力势能： Ep1=mg(l-lcosθ） l θ
初状态的机械能： Ek1+Ep1=mg(l-lcosθ)
小球在最低点O时为末状态：
末状态的动能： Ek2=1/2mv2
A
重力势能： Ep2=0
末状态的机械能为： Ek2+Ep2=1/2mv2
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三、机车启动问题
发动机的 实际功率
P＝F v
发动机的牵引力
机车的瞬 时速度
类型1：机车以恒定功率P 启动 v ↑
→ P F ＝ ↓ v ↑
a＝ ↓
→ F － F ↓
→
m
阻
当F=F阻时， a＝0 ，v达到 P v ＝ 最大 m F 阻 匀速直 线运动
保持
匀速
vm
加速度逐渐减小的 变加速直线运动
先做加速度逐渐减小的变加速直线运动，最 终以速度 vm＝ P F 做匀速直线运动。
例与练
物体沿直线运动的 v－t 关系如图 所示，已知在第 1 s 内合外力对物体做的功为 W，则（ CD ） A．从第 1 s 末到第 3 s 末合外力做功为 4W B．从第 3 s 末到第 5 s 末合外力做功为－2W C．从第 5 s 末到第 7 s 末合外力做功为 W D．从第 3 s 末到第 4 s 末合外力做功为－0.75W
高三物理第一轮总复习
第五章 机械能
章前考纲统览
内容 1.功和功率 考 2.动能和动能定理 纲 3.重力做功与重力势能 下 载 4.机械能守恒定律及其应用 实验一 探究动能定理 实验二 验证机械能守恒定律 要求 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ
考
纲
解
读
综合分析近三年新课标高考试题，高考命题在本章呈现以 下规律： 1、从题型看，选择题和计算题均有；从知识角度看，对功、 功率、重力势能等概念的理解多以选择题的型式考查，对 动能定理、机械能守恒定律及功能关系的考查多以计算题 的型式考查。 2、动能定理、机械能守恒定律的应用是高考的重点考查内 容之一，大部分试题与牛顿运动定律、圆周运动、平抛运 动及电磁学知识相联系，试题设计思路隐蔽，过程复杂， 综合性强，难度较大。 根据新课标近几年的出题情况，为体现新课标的理念， 在今后的高考命题中，可能突出问题的探究性，把考查点 与生产、生活、科技相结合将是高考命题的一个方向，实 验仍将会在探究功能关系上做文章。
v
vm
做匀加速运动只能维持一 段时间,在这段时间内牵引 力的功率随时间的增大而 增大,当增大到额定功率时, 匀加速运动结束。
0
t1
t
t1 （ma F阻）a
P额
例与练
关于汽车在水平路上运动，下列说法中正确的是 ( CD ) A．汽车以额定功率启动，在速率达到最大以前，加 速度是在不断增大的 B．汽车以恒定加速度启动，在速度达到最大以前， 牵引力是不断增大的 C．汽车启动后以最大速度行驶，则牵引力等于阻力 D．汽车以最大速度行驶后，若要减小速度，可减小 牵引功率
④用动能定理 W＝ΔEk或功能关系 W＝ ΔE，即用能量 的增量等效代换变力所做的功．(也可计算恒力的功)
例与练
如图所示，A、B叠放着，A用绳系在固定的墙上，用 力F拉着B向右移动，则下列说法中正确的是(A未脱离 B)( ABD ) A．拉力F对B做正功 B．绳的拉力对A不做功 C．B给A的摩擦力对A做正功 D．A给B的摩擦力对B做负功
二、动能定理 1、内容：合外力对物体所做的功等于物体动能的改 变量． 1 2 1 2 2、表达式： W EK 2 EK 1 mv2 mv1 2 2
3、适用范围：直线运动、曲线运动、恒力做功、变力 做功、各个力同时做功、分段做功均可用动能定理．
4、注意：动能定理说明外力对物体所做的总功和动 能变化间的一种因果关系和数量关系，不可理解为功 转变成了物体的动能．
第一课时
功
功率
一、功 1、定义：物体受到力的作用，并在力的方向上发生一 段位移，就说该力对物体做了功． 2、做功的两个必要条件： 做功的两个必要条件是力和物体在力的方向上的位移， 两者缺一不可． 功是过程量，即做功必定对应一个过程(位移)，应明确 是哪个力在哪一个过程做的功． 3、公式：W＝Fscosα. 4、功的正负：功是标量，但有正、负之分． ⑴当0≤α＜90°时，W＞0，力对物体做正功． ⑵当90°＜α≤180°时，W＜0，力对物体做负功，也 可说物体克服该力做了功． ⑶当α＝90°时，W＝0，力对物体不做功．
O R
h
h
θ
μ <tanθ
设碰撞时机械能没有损失，物体最后静止，求通过 的路程。
例与练
如图所示，质量为 M、长度为 L 的木板静止在光滑的 水平面上，质量为 m 的小物体(可视为质点)放在木板 上最左端，现用一水平恒力 F 作用在小物体上，使物 体从静止开始做匀加速直线运动．已知物体和木板之 间的摩擦力为f 。当物体滑到木板的最右端时，木板运 动的距离为 x，则在此过程中（ AD ） A．力 F 对物体做功大小为 F(L＋x) B．摩擦力对物体做功为－f L C．摩擦力对物体做功为－f x D．摩擦力对木板做功为 f x
1 1 ) 答案： W Fh( sin 1 sin 2
例与练 如图所示，物体沿弧形轨道滑下后进入足够长的水平 传送带，传送带以如图所示方向匀速运转，则传送带 对物体做功情况不可能是( B ) A．始终不做功 B．先做负功后做正功 C．先做正功后不做功 D．先做负功后不做功
例与练
用水平拉擦系数为 μ， 物块质量为m，求此过程中摩擦力做的功。 答案：W=μmg2πR
例与练
汽车发动机的功率为60 kW，若其总质量为5 t，在水 平路面上行驶时，所受阻力恒为车重的0.1倍，g取10 m/s2。 (1)汽车保持其额定功率不变，从静止起动后能达到的 最大速度是多大？当汽车的加速度为2 m/s2时，速度 多大？当汽车的速度为6m/s时，加速度是多大？ (2)若汽车从静止开始，保持以0.5 m/s2的加速度做匀 加速直线运动，问这一过程能维持多长时间？
例与练 质量为m的小球被系在轻绳一端，在竖直平面内做半 径为R的圆周运动，运动过程中小球受到空气阻力的 作用。设某一时刻小球通过轨道的最低点时，绳子的 张力为7mg，此后小球继续做圆周运动，经过半个圆 周恰能通过最高点，则在此过程中小球克服空气阻力 所做的功为( C ) A、(1/4)mgR C、(1/2)mgR B、(1/3)mgR D、mgR
二、功率 1、定义：功跟完成这些功所用时间的比值叫做功率 2、公式： ⑴P=W/t， P为时间t内的平均功率 ⑵ P Fv cos （α为F与v的夹角） ①v为平均速度则P为平均功率 ②v为瞬时速度则P为瞬时功率 3、单位：瓦特(W)，1W＝1 J/s 4、物理意义：功率描述做功的快慢，功率大则做功 快，功率小则做功慢。 5、额定功率：机械正常工作的最大输出功率叫额定 功率，一般在机械的铭牌上标明 6、实际功率：机械实际工作时输出的功率．要求小于 等于额定功率
答案：(1)vm=12m/s;
(2)t=16s
v=4m/s;
a=1m/s2
第二课时
动能
动能定理
一、动能 1、定义：物体由于运动而具有的能． 1 2 2、表达式： EK mv 2 3、矢标性：标量． 4、单位：焦耳，1 J＝1 N· m＝1 kg· m2/s2. 5、瞬时性：因为v是瞬时速度． 6、相对性：物体的动能相对于不同的参考系一般不同
例与练 质量为m的物体沿倾角为α的固定斜面滑到底端时的速 度大小为v，此时重力的瞬时功率为（ B ） A． mgv B． m gvsin C． mgv cos D． mgv
tan
例与练
从空中以40m/s的初速度平抛一重为10N的物体，物体 在空中运动3s落地，不计空气阻力，取g=10m/s2，则 物体落地时重力的瞬时功率是多少？ 答案：P=Fv=mgvy=mg2t=300w
落地时重力的平均功率多少？
例与练 质量为m的物体静止在光滑水平面上，从t=0时刻开 始受到水平力的作用。力的大小F与时间t的关系如 图所示，力的方向保持不变，则( BD ) A.3t0时刻的瞬时功率为5F02t0/(2m) B.3t0时刻的瞬时功率为15F02t0/(m) C.在t=0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为 23F02t0/(4m) D.在t=0到3t0这段时间内，水平力的平均功率为 25F02t0/(6m)
例与练
某物体同时受到三个力作用而做匀减速直线运动，其 中 F1 与加速度 a 的方向相同，F2 与速度 v 的方向相同， BD F3 与速度 v 的方向相反，则（ ） A．F1对物体做正功 B．F2对物体做正功 C．F3对物体做正功 D．合外力对物体做负功
例与练 如图所示，用恒力F通过光滑的定滑轮把静止在水平 面上的物体(大小可忽略)从位臵A拉到位臵B，物体的 质量为m，定滑轮离水平地面的高度为h，物体在位 臵A、B时细绳与水平方向的夹角分别为θ1 和θ2，求 绳的拉力对物体做的功。
例与练
一物块以5m/s的初速度从曲面的A点开始下滑，运动 到B点时的速度为5m/s，若物块以6m/s的初速度仍从A 点开始下滑，它运动到B点的速度（ B ） A、大于6m/s B、小于6m/s A C、等于6m/s B D、无法确定
例与练 用汽车从井下提重物，重物质量为m，定滑轮高为H， 如图所示，已知汽车由A点静止开始运动至B点时的 速度为v，此时轻绳与竖直方向夹角为， 这一过程中 轻绳的拉力做功多大？ 解析：绳对重物的拉力为变力，应用动能 定理列方程。以重物为研究对象： WT-mgh=(1/2)mvm2 由图所示，重物的末速度vm与汽车在B点 的速度v沿绳方向的分速度相同， 则 vm=vsin h=H/cos-H 联立以上各式解得： WT=mgH (1-os)/cos+(1/2)mv2sin2。
⑷功的正、负的判断 ①根据力和位移的方向的夹角判断，此法常用于恒力 做功的判断． ②根据力和瞬时速度方向的夹角判断．此法常用于判 断质点做曲线运动时变力的功，夹角为锐角时做正功， 夹角为钝角时做负功．夹角为直角时不做功． 5、功的计算 ⑴恒力及合力做功的计算 ①恒力的功：直接用公式W＝Fscosα计算． ②合外力的功 a、先求合外力 F合 ，再应用公式 W合 ＝ F合 ·scosα求功， 其中α为合力F合与位移s的夹角．一般适用于整个过 程中合力恒定不变的情况．