專題06 機械能守恒定律 能量守恒定律（講義）（原卷版）-2025年高考物理二輪復習講練測（新高考用）

2/17專題06機械能守恒定律能量守恒定律目錄TOC\o"1-4"\h\u01考情透視·目標導航 202知識導圖·思維引航 303核心精講·題型突破 4題型一機械能守恒定律的應用 4【核心精講】 4考點1機械能守恒的判斷方法及特殊情況 4考點2系統(tǒng)機械能守恒的三種表示方式 4考點3多物體系統(tǒng)及連接體的機械能守恒問題 4考點5應用機械能守恒定律解題的思路及步驟 5考點4機械能相關的圖象類問題 6【真題研析】 6【命題預測】 8考向1機械能及其守恒的判斷和簡單應用 8考向2多物體的機械能轉化及守恒 8考向3機械能相關的圖象類問題 9題型二能量守恒定律及其應用 11【核心精講】 11考點1摩擦力做功的能量問題 11考點2能量守恒定律的深層次理解 11考點3應用能量守恒定律解題時的注意事項 11【真題研析】 11【命題預測】 13考向1涉及摩擦力的能量轉化問題 13考向2能量的轉化與守恒綜合類問題 14難點突破涉及彈簧的能量綜合問題 15【核心精講】 15考點1涉及彈簧的能量問題 15【真題研析】 15【命題預測】 16考向1涉及彈簧的能量轉化問題 16命題統(tǒng)計命題要點20242023年2022年熱考角度機械能守恒定律的應用2024?浙江?機械能守恒的判斷、2024?重慶?機械能守恒的判斷、2024?寧夏四川?機械能守恒的簡單應用、2024?寧夏四川?機械能相關的圖象類問題2023?全國?機械能守恒的判斷、2023?北京?多物體的機械能轉化及守恒、2023?浙江?多物體的機械能轉化及守恒、2023?遼寧?機械能的變化計算、2023?浙江?機械能相關的圖象類問題、2023?全國?機械能相關的圖象類問題、2023?重慶?機械能相關的圖象類問題2022?福建?機械能相關的圖象類問題、2022?浙江?機械能守恒的判斷、2022?河北?多物體的機械能轉化及守恒、2022?江蘇?機械能相關的圖象類問題、2022?全國?機械能相關的圖象類問題、2022?湖南?機械能相關的圖象類問題、2022?重慶?機械能相關的圖象類問題能量守恒定律及其應用2024?浙江?能量的轉化與守恒綜合類問題、2024?安徽?能量的轉化與守恒綜合類問題、2024?江西?能量的轉化與守恒綜合類問題、2024?廣西?涉及摩擦力的能量轉化問題2023?山東?能量的轉化與守恒綜合類問題、2023?全國?涉及摩擦力的能量轉化問題2022?浙江?能量的轉化與守恒綜合類問題、2022?浙江?能量的轉化與守恒綜合類問題能量守恒定律及其應用2024?山東?涉及彈簧的能量轉化、2024?北京?涉及彈簧的能量轉化、2024?江蘇?涉及彈簧的能量轉化、2024?福建?涉及彈簧的能量轉化、2024?遼寧?涉及彈簧的能量轉化2023?浙江?涉及彈簧的能量轉化(2題)、2023?湖北?涉及彈簧的能量轉化、2023?全國?涉及彈簧的能量轉化2022?江蘇?涉及彈簧的能量轉化、2022?湖北?涉及彈簧的能量轉化命題規(guī)律①機械能的變化及守恒的判斷；②機械能守恒定律的考查；③機械能相關的圖像類問題的考查；④能量及能量守恒定律的考察考向預測本專題屬于重點、熱點、難點內容；高考命題以選擇題或計算題的形式出現(xiàn)；結合勻變速直線運動、平拋運動、圓周運動等物體的典型運動進行考查機械能的是否守恒、如何變化；在簡單問題中利用機械能守恒去求解一些物理量；在綜合問題的某一過程中遵守機械能守恒定律時進行考查；機械能相關的圖像類問題的考查；機械能會與后面的電學結合起來，機械能與電勢能轉化問題進行綜合考核；能量方面主要涉及彈簧的能量與摩擦力做功的能量轉化問題，借助板塊、傳送帶模型，結合動量等碰撞知識綜合考察。在電磁感應中也經常利用能量守恒求解發(fā)熱等問題。命題情境蹦極運動、過山車等能量問題，生活、生產中能量守恒定律的應用；單物體機械能守恒，用繩、桿連接的系統(tǒng)機械能守恒問題，含彈簧系統(tǒng)機械能守恒問題，傳送帶、板塊模型的能量問題常用方法微元法、函數(shù)法、圖像法、比較法、極限法；理解過程與狀態(tài)、過程量與狀態(tài)量。題型一機械能守恒定律的應用考點1機械能守恒的判斷方法及特殊情況1.利用做功判斷：若物體或系統(tǒng)只有重力(或彈簧的彈力)做功，雖受其他力，但其他力不做功(或做功代數(shù)和為0)，則機械能守恒．2.利用能量轉化判斷：若物體或系統(tǒng)與外界沒有能量交換，物體或系統(tǒng)也沒有機械能與其他形式能的轉化，則機械能守恒．3.利用機械能的定義判斷：若物體動能、勢能之和不變，則機械能守恒．4.對一些繩子突然繃緊，物體間非彈性碰撞等問題，除非題目特別說明，機械能必定不守恒，完全非彈性碰撞過程機械能也不守恒.考點2系統(tǒng)機械能守恒的三種表示方式1.守恒角度：系統(tǒng)初狀態(tài)機械能的總和與末狀態(tài)機械能的總和相等，即E1=E2注意：選好重力勢能的參考平面，且初、末狀態(tài)必須用同一參考平面計算勢能.2.轉化角度：系統(tǒng)減少(或增加)的重力勢能等于系統(tǒng)增加(或減少)的動能，即ΔEk＝－ΔEp、注意：分清重力勢能的增加量或減少量，可不選參考平面而直接計算初、末狀態(tài)的勢能差.3.轉移角度：系統(tǒng)內A部分物體機械能增加量等于B部分物體機械能減少量，即ΔEA增＝ΔEB減注意：常用于解決兩個或多個物體組成的系統(tǒng)的機械能守恒問題.解題時究竟選取哪一種表達形式，應根據(jù)題意靈活選取;需注意的是:選用解題時究竟選取哪一種表達形式，應根據(jù)題意靈活選取;需注意的是:選用①式時，必須規(guī)定零勢能參考面，而選用②式和③式時，可以不規(guī)定零勢能參考面，但必須分清能量的減少量和增加量.考點3多物體系統(tǒng)及連接體的機械能守恒問題1.對多個物體組成的系統(tǒng)，要注意判斷物體運動過程中系統(tǒng)的機械能是否守恒．一般情況為：不計空氣阻力和一切摩擦，系統(tǒng)的機械能守恒．2.注意尋找用繩或桿相連接的物體間的速度關系和位移關系．3.列機械能守恒方程時，先確定系統(tǒng)中哪些能量增加、哪些能量減少，一般選用ΔEk＝－ΔEp或ΔEA＝－ΔEB的形式解決問題．4.典型模型共速率模型分清兩物體位移大小與高度變化關系共角速度模型兩物體角速度相同，由v＝ωr知，v與r成正比；桿對物體的作用力并不總是沿桿的方向，桿能對物體做功，單個物體機械能不守恒．關聯(lián)速度模型此類問題注意速度的分解，找出兩物體速度關系（沿繩(或沿桿)方向的分速度大小相等），當某物體位移最大時，速度可能為0輕彈簧模型①同一根彈簧彈性勢能的大小取決于彈簧形變量的大小，在彈簧彈性限度內，形變量相等，彈性勢能相等②由兩個或兩個以上的物體與彈簧組成的系統(tǒng)：彈簧形變量最大時，彈簧兩端連接的物體具有相同的速度；彈簧處于自然長度時，彈簧彈性勢能最小(為零)以上連接體不計阻力和摩擦力，系統(tǒng)(包含彈簧)機械能守恒，單個物體機械能不守恒。若存在摩擦生熱，機械能不守恒，可用能量守恒定律進行分析。以上連接體不計阻力和摩擦力，系統(tǒng)(包含彈簧)機械能守恒，單個物體機械能不守恒。若存在摩擦生熱，機械能不守恒，可用能量守恒定律進行分析。考點5應用機械能守恒定律解題的思路及步驟1.選取研究對象；2.進行受力分析，明確各力的做功情況，判斷機械能是否守恒；3.選取參考平面，確定初、末狀態(tài)的機械能或確定動能和勢能的改變量；4.根據(jù)機械能守恒定律選擇合適的表達式列出方程；5.解方程求出結果，并對結果進行必要的討論和說明．考點4機械能相關的圖象類問題1．解決圖象問題的基本步驟1）觀察題目給出的圖象，弄清縱坐標、橫坐標所對應的物理量及圖線所表示的物理意義．2）根據(jù)物理規(guī)律推導出縱坐標與橫坐標所對應的物理量間的函數(shù)關系式．3）將推導出的物理規(guī)律與數(shù)學上與之相對應的標準函數(shù)關系式相對比，找出圖線的斜率、截距、圖線的交點、圖線下的面積等所表示的物理意義，分析解答問題，或者利用函數(shù)圖線上的特定值代入函數(shù)關系式求物理量．2．圖象所圍“面積”和圖象斜率的含義1）圖像：圖線與橫軸圍成的面積表示位移（）2）圖像：圖線與橫軸圍成的面積表示速度變化量（）3）圖像：圖線與橫軸圍成的面積表示功（）4）圖像：圖線的斜率表示合外力（）5）圖像：圖線的斜率的絕對值表示重力（）6）圖像：圖線與橫軸圍成的面積表示功（）1．（2024·浙江·高考真題）如圖所示，質量為m的足球從水平地面上位置1被踢出后落在位置3，在空中達到最高點2的高度為h，則足球（）A．從1到2動能減少 B．從1到2重力勢能增加C．從2到3動能增加 D．從2到3機械能不變2．（2024·寧夏四川·高考真題）如圖，一光滑大圓環(huán)固定在豎直平面內，質量為m的小環(huán)套在大圓環(huán)上，小環(huán)從靜止開始由大圓環(huán)頂端經Q點自由下滑至其底部，Q為豎直線與大圓環(huán)的切點。則小環(huán)下滑過程中對大圓環(huán)的作用力大?。ǎ〢．在Q點最大 B．在Q點最小 C．先減小后增大 D．先增大后減小3．（2022·河北·高考真題）（多選）如圖，輕質定滑輪固定在天花板上，物體和用不可伸長的輕繩相連，懸掛在定滑輪上，質量，時刻將兩物體由靜止釋放，物體的加速度大小為。時刻輕繩突然斷開，物體能夠達到的最高點恰與物體釋放位置處于同一高度，取時刻物體所在水平面為零勢能面，此時物體的機械能為。重力加速度大小為，不計摩擦和空氣阻力，兩物體均可視為質點。下列說法正確的是（）A．物體和的質量之比為 B．時刻物體的機械能為C．時刻物體重力的功率為 D．時刻物體的速度大小4．（2023·浙江·高考真題）鉛球被水平推出后的運動過程中，不計空氣阻力，下列關于鉛球在空中運動時的加速度大小a、速度大小v、動能Ek和機械能E隨運動時間t的變化關系中，正確的是（）A．

B．

C．

D．

考向1機械能及其守恒的判斷和簡單應用1．（2024·陜西安康·一模）如圖所示，一游客體驗蹦極，身系彈性蹦極繩從水面上方的高臺由靜止下落，到最低點時離水面很近。不計空氣阻力，下列說法正確的是（）A．下落過程中游客機械能守恒B．蹦極繩剛拉直時游客的速度最大C．下落過程中彈性勢能的增大量大于重力勢能的減小量D．下落過程中游客的機械能和蹦極繩的彈性勢能之和不變2．（2024·江蘇南通·模擬預測）地球的三顆不同人造衛(wèi)星分別沿橢圓軌道l、軌道2、軌道3運動，如圖所示，已知三條軌道的半長軸均相等，其周期分別為，機械能分別為，則下列說法正確的是（）A．B．C．D．考向2多物體的機械能轉化及守恒3．（2024·安徽合肥·模擬預測）如圖所示，長度相同的三根輕桿構成一個正三角形支架，在A處固定質量為2m的小球，B處固定質量為m的小球。支架懸掛在O點，可繞過O點并與支架所在平面相垂直的固定軸轉動。開始時OB與地面相垂直。放手后開始運動，在不計任何阻力的情況下，下列說法不正確的是（）A．A球到達最低點時速度為零B．A球機械能減少量等于B球機械能增加量C．B球向左擺動所能達到的最高位置應高于A球開始運動時的高度D．當支架從左向右回擺時，A球一定能回到起始高度4．（2025·寧夏陜西·模擬預測）（多選）如圖，傾角為30°且足夠長的光滑斜劈固定在水平面上，P、Q兩個物體通過輕繩跨過光滑定滑輪連接，Q的另一端與固定在水平面的輕彈簧連接，P和Q的質量分別為4m和m。初始時，控制P使輕繩伸直且無拉力，滑輪左側輕繩與斜劈上表面平行，右側輕繩豎直，彈簧始終在彈性限度范圍內，彈簧勁度系數(shù)為k，重力加速度大小為g?，F(xiàn)無初速釋放P，則在物體P沿斜劈下滑過程中（）A．輕繩拉力大小一直增大 B．物體P的加速度大小一直增大C．物體P沿斜劈下滑的最大距離為 D．物體P的最大動能為考向3機械能相關的圖象類問題5．（2024·山東菏澤·模擬預測）一臺起重機將工件從地面由靜止向上提起，在向上勻加速運動過程中，重物上升的高度為h時，動能為，重力勢能為，機械能為E，克服重力做功的功率為P，設地面為重力勢能為零，下列圖像不能描述上述過程的是（

）A． B．C． D．6．（2024·重慶·模擬預測）（多選）對一靜止在水平地面上的物體（可視為質點）施加一豎直向上的恒力，物體上升至一定高度時撤去力。物體向上運動過程中，其機械能隨距地面高度變化的關系如圖所示。已知物體所受阻力大小恒定，物體上升的最大高度為，重力加速度為，則下列說法正確的是（

）A．物體質量為 B．物體質量為C．物體所受阻力大小為 D．物體所受阻力大小為7．（2024·河北滄州·三模）（多選）如圖甲所示，斜面體固定在水平地面上，在斜面底端固定一擋板與斜面垂直，質量為m的小物塊從斜面的頂端滑下，在下滑的過程中，其機械能與重力勢能隨位移的變化圖像如圖乙所示，已知斜面長為l，物塊與擋板碰撞為彈性碰撞，已知物體與斜面間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，則下列說法正確的是（

）A．在整個運動過程中，物塊克服摩擦產生的熱量為。B．物塊下滑的時間為C．滑塊運動的總路程為D．斜面的動摩擦因數(shù)為題型二能量守恒定律及其應用考點1摩擦力做功的能量問題1.無論是靜摩擦力還是滑動摩擦力都可以對物體可以做正功，也可以做負功，還可以不做功。2.靜摩擦力做功的能量問題1）靜摩擦做功只有機械能從一個物體轉移到另一個物體，而沒有機械能轉化為其他形式的能。2）一對靜摩擦力所做功的代數(shù)和總等于零，而總的機械能保持不變。3.滑動摩擦力做功的能量問題1）滑動摩擦力做功時，一部分機械能從一個物體轉移到另一個物體，另一部分機械能轉化為內容，因此滑動摩擦力做功有機械能損失。2）一對滑動摩擦力做功的代數(shù)和總是負值，總功，即發(fā)生相對滑動時產生的熱量?？键c2能量守恒定律的深層次理解1．內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到別的物體，在轉化或轉移的過程中，能量的總量保持不變．2．理解1）某種形式的能量減少，一定存在其他形式的能量增加，且減少量和增加量一定相等；2）某個物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等．考點3應用能量守恒定律解題時的注意事項1.明確研究對象是單個物體還是系統(tǒng)(系統(tǒng)是否包括彈簧在內)，了解對應的受力情況和運動情況。2.弄清楚能量轉化和損失的去向。首先應確定初、末狀態(tài)，然后分清有多少種形式的能在轉化，再分析哪種形式的能在增加，哪種形式的能在減少。3.當涉及摩擦力做功時，機械能不守恒，一般應用能量守恒定律，特別注意摩擦產生的內能Q＝Ffx相對，x相對為相對滑動的兩物體間相對滑動路徑的總長度。1．（2023·全國·高考真題）（多選）如圖，一質量為M、長為l的木板靜止在光滑水平桌面上，另一質量為m的小物塊（可視為質點）從木板上的左端以速度v0開始運動。已知物塊與木板間的滑動摩擦力大小為f，當物塊從木板右端離開時（

）

A．木板的動能一定等于fl B．木板的動能一定小于flC．物塊的動能一定大于 D．物塊的動能一定小于2．（2024·安徽·高考真題）在某地區(qū)的干旱季節(jié)，人們常用水泵從深水井中抽水灌溉農田，簡化模型如圖所示。水井中的水面距離水平地面的高度為H。出水口距水平地面的高度為h，與落地點的水平距離約為l。假設抽水過程中H保持不變，水泵輸出能量的倍轉化為水被抽到出水口處增加的機械能。已知水的密度為，水管內徑的橫截面積為S，重力加速度大小為g，不計空氣阻力。則水泵的輸出功率約為（

）A． B．C． D．3．（2022·浙江·高考真題）風力發(fā)電已成為我國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑之一。如圖所示，風力發(fā)電機是一種將風能轉化為電能的裝置。某風力發(fā)電機在風速為時，輸出電功率為，風速在范圍內，轉化效率可視為不變。該風機葉片旋轉一周掃過的面積為，空氣密度為，風場風速為，并保持風正面吹向葉片。下列說法正確的是（）A．該風力發(fā)電機的輸出電功率與風速成正比B．單位時間流過面積的流動空氣動能為C．若每天平均有的風能資源，則每天發(fā)電量為D．若風場每年有風速在范圍內，則該發(fā)電機年發(fā)電量至少為考向1涉及摩擦力的能量轉化問題1．（2024·重慶·模擬預測）如圖所示，光滑水平面上有一傾角θ＝37°的斜面體B，物塊A從斜面體底部以初速度v0＝5m/s開始上滑。已知mA＝1kg，mB＝2kg，物塊A可視為質點，斜面體B上表面光滑，運動過程中物塊A始終不脫離斜面體，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。(1)若斜面體B固定，求物塊A上升的最大高度；(2)若斜面體B可自由滑動，求物塊A上升的最大高度；(3)若斜面體B可自由滑動，且其表面有一層絨布，物塊A相對斜面上滑時動摩擦因數(shù)μ1＝0.5，下滑時μ2，求物塊A從出發(fā)到重新回到最低點的過程中的位移大小及系統(tǒng)因摩擦產生的熱量。

考向2能量的轉化與守恒綜合類問題2．（2024·四川達州·一模）溜溜球是一種玩具，兩個圓餅狀的塑鋼塊中心用一根軸固定相連，成為一個整體。繩的一端固定在軸上，將繩纏繞在軸上，繩的另一端用手拉住或固定在天花板上。從靜止釋放后，溜溜球會一邊轉動一邊下落。如圖所示，現(xiàn)有兩個完全一樣的溜溜球，繩長均為l。將左邊一個溜溜球的繩纏繞在軸上，右邊一個溜溜球的繩不繞在軸上。將兩個溜溜球同時從同一高度由靜止釋放，它們各自下落到0.5l處時，左邊溜溜球的下落速度，右邊溜溜球的下落速度。下列關于、大小關系正確的是（）A． B． C． D．無法確定3．（2024·浙江·一模）新安江水電站是我國第一座"自己設計、自制設備、自行施工"的大型水力發(fā)電站，上下游高度差約73米，共有9臺相同的發(fā)電機組，總裝機容量約為85萬千瓦，只有在用電高峰時才會開啟9臺機組，平均年發(fā)電量為18.6億千瓦時，這些發(fā)電機組的額定電壓為14kV。已知，杭州現(xiàn)行階梯電價的第一檔為年用電小于等于。下列正確的是（

）A．每臺發(fā)電機輸出的最大瞬時電流約為1kAB．一度電的能量約為10立方米的水從水庫上游流下時減少的重力勢能。C．一年平均開啟的發(fā)電機組約6臺。D．按照每戶家庭階梯電價1擋最高用電量計算，新安江水電站可以滿足約67萬戶家庭的生活用電難點突破涉及彈簧的能量綜合問題考點1涉及彈簧的能量問題從能量的角度看,彈簧是儲能元件.處理涉及彈簧的能量問題時,要特別注意:1.當涉及彈簧的彈力做功時,由于彈簧的彈力是變力,故一般不直接采用功的定義式求解.中學階段通常根據(jù)動能定理、機械能守恒定律或能量守恒定律來間接求解彈簧彈力做的功或彈簧儲存的彈性勢能.2.彈簧的彈性勢能與彈簧的規(guī)格和形變程度有關,對同一根彈簧而言,無論是處于伸長狀態(tài)還是壓縮狀態(tài),只要形變量相同,其儲存的彈性勢能就相同.1．（2024·山東·高考真題）如圖所示，質量均為m的甲、乙兩同學，分別坐在水平放置的輕木板上，木板通過一根原長為l的輕質彈性繩連接，連接點等高且間距為d（d<l）。兩木板與地面間動摩擦因數(shù)均為μ，彈性繩勁度