专题2 微专题2 机械能守恒定律 能量守恒定律(专题微讲PPT)-【赢在微点·考前顶层设计】2025年高考物理大二轮专题复习

微专题二　机械能守恒定律　能量守恒定律 专题二　能量与动量 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 目 标 要 求 1.理解机械能守恒定律和能量守恒定律。 2.会在具体的问题中灵活选择合适的规律解决能量问题。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 机械能守恒定律及其应用 赢在微点 物理 大二轮 考点1 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 4 1.判断机械能是否守恒的三种方法 定义判断法 看动能和势能之和是否变化 做功判断法 只有重力或系统内的弹力做功，或虽有其他力做功，但其他力做功代数和为零 能量转化 判断法 物体或系统与外界没有能量交换，内部也没有机械能与其他形式能的转化 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 2.熟悉机械能守恒的三种表达形式 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 3.多物体组成系统的机械能守恒问题 典型模型 模型示例 共速率 模型   两物体的位移大小相等，高度变化不一定相等 共角速度 模型   两物体的角速度相等，线速度大小与半径成正比 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 关联速度 模型 两物体沿绳(或杆)方向的速度分量相等，绳(或杆)与A的速度垂直时，B物体的速度为零，B有最大位移 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 轻弹簧 模型   (1)物体与弹簧组成系统的机械能守恒，物体的机械能不守恒； (2)弹簧的形变量相等时，弹簧势能相等 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度1　机械能守恒定律的应用 [高考典题剖析]　(2022·全国乙卷)固定于竖直平面内的光滑大圆环上套有一个小环，小环从大圆环顶端P点由静止开始自由下滑，在下滑过程中，小环的速率正比于(　　) A.它滑过的弧长 B.它下降的高度 C.它到P点的距离 D.它与P点的连线扫过的面积 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 【命题立意】　本题以小球在光滑的大圆环上下滑为素材创设探索问题情境。试题主要考查了机械能守恒定律这一知识点。 【关键能力】　本题主要考查理解能力和应用数学分析物理问题的能力。 (1)理解能力。 (2)应用数学分析物理问题的能力。 关键表述 物理量及其关系 光滑大圆环上，小环由静止开始自由下滑 下滑过程中机械能守恒，有mgh=mv2 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 【解析】　根据机械能守恒定律建立圆环下降的 高度为h与小环速度大小v的关系，mgh=mv2。从 h入手进一步分析，如图所示，设圆环的半径为R， 某时刻小环到P点的距离为L，由几何关系可得h= Lsin θ，sin θ=，联立解得v=L，小环的速率与到P点的距离成正比。 【答案】　C 【失分剖析】　没有画出图形并找出几何关系。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度2　轻绳(或轻杆)连接物体组成系统的机械能守恒 [例1]　打桩机是基建常用工具。某种简易打桩 机模型如图所示，重物A、B和C通过不可伸长 的轻质长绳跨过两个光滑且等高的小定滑轮连 接，在外力作用下使得C与滑轮等高(A、B和C均在空中)，且处于静止状态，C到两定滑轮的距离均为L。重物A和B的质量均为m，重物C的质量为m。撤除外力，使C由静止开始竖直落下(始终未与地面相碰)，A、B、C均可视为质点。则重物C下落的最大距离为(　　) 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.8L B.6L C.4L D.2L 设重物C下落的最大距离为h，此时重物A、B和C的速度均为0，根据几何关系可知重物A、B上升的高度均为h'=-L，根据系统机械能守恒可得mgh=2mgh'=2mg(-L)，解得h=4L，C项正确。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 角度3　与弹簧有关的机械能守恒问题 [例2]　(多选题)(2024·保定模拟)如图所示，轻弹簧一端固定在O点，另一端与一质量为m的小球相连，小球套在固定的竖直光滑杆上，P点到O点的距离为L，OP与杆垂直，杆上M、N两点与O点的距离均为2L。已知弹簧原长为L，重力加速度为g。现让小球从M处由静止释放，下列说法正确的是(　　) 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.小球从M运动到N的过程中，有三个位置小球的合力就是重力 B.小球从M运动到N的过程中，小球的机械能守恒 C.小球从M运动到N的过程中，弹簧弹性势能先减小后增大 D.小球通过N点时速率为2 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 OM=ON=2L，OP=L，弹簧的原长为L，所以小球在MP之间某个位置时弹簧处于原长，弹簧弹力为0，小球的合力为重力，同理小球在PN之间某个位置时弹簧处于原长，弹簧弹力为0，小球合力为重力，当小球经过P点时小球受到的合力为重力，A项正确；小球从M运动到N的过程中，小球和弹簧组成的系统机械能守恒，但小球的机械能并不守恒，B项错误；小球从M运动到N的过程中， 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 弹簧的弹性势能先减小后增大，再减小又增大，C项错误；小球在M、N两个位置时，弹簧的长度相等，所以弹簧的弹性势能相 等，在此过程中小球的重力势能全部转化为动能mg×2L=mv2,解得v=2，D项正确。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 能量守恒定律的应用 赢在微点 物理 大二轮 考点2 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 19 1.经常使用能量守恒定律的几种情境 (1)传送带模型中有关能量的变化问题。 (2)滑块—木板模型中有关能量的转化。 (3)水力、太阳能或风力发电问题。 (4)现代生活、生产中的设备的能量转化问题。 (5)电磁感应中有关电能的产生和焦耳热的计算。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 2.能量守恒常用的表达方式 (1)总能量不变：E初=E末，初、末状态总能量不变。 (2)转移：EA减=EB增，A物体减少的能量等于B物体增加的能量。 (3)转化：ΔE减=ΔE增，某些形式能的减少量等于另外一些形式能的增加量。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 [例1]　(多选题)如图所示，轻质弹簧一端固定 在水平面上的光滑转轴O上，另一端与质量为 m的小球(可视为质点)相连，小球套在粗糙程 度处处相同的直杆上。A点距水平面的高度为h，直杆与水平面的夹角为30°，OA=OC，B为AC的中点，OB等于弹簧原长。小球从A处由静止开始下滑，经过B处的速度为v，并刚好能到达C处。已知重力加速度为g，下列说法正确的是(　　) 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.小球通过B点时的加速度为 B.小球通过AB段与BC段摩擦力做功相等 C.弹簧具有的最大弹性势能为mv2 D.A到C过程中，产生的内能为mgh-mv2 在B点时弹簧为原长，则到达B点时的加速度为a=gsin 30°- μgcos 30°<g，A项错误；AB段与BC段关于B点对称，则在两段上 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 弹力的平均值相等，则摩擦力平均值相等，摩擦力做功相等，B项正确；设小球从A运动到B的过程克服摩擦力做功为Wf，弹簧具有的最大弹性势能为Ep。根据能量守恒定律，对于小球从A到B的过程有mg·h+Ep=mv2+Wf，从A到C的过程有mgh=2Wf，解得Wf=mgh，Ep=mv2，即弹簧具有的最大弹性势能为mv2；A到C过程中，产生的内能为2Wf=mgh，C项正确，D项错误。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 　　(1)选择从A到B的过程和从A到C的过程均可列出能量守恒方程。 (2)从A到B和从B到C的过程中，弹簧弹力、摩擦力均有对称性，则从A到B过程中弹簧弹力做功与从B到C过程中克服弹簧弹力做功相等，在两个过程中摩擦力做功相等。 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 [例2]　(2024·宁波模拟)DIY手工能够让儿 童体验到创造过程中的乐趣和成就感。图为 某款DIY太阳能小车，组装成功后质量约为 130 g，太阳直射时行驶速度约为0.25 m/s， 行驶过程中阻力约为车重的0.2倍，重力加速度为g。已知太阳与地球之间的平均距离约为1.5×1011 m，太阳每秒辐射的能量约为3.9× 1026 J，太阳光传播到达地面的过程中大约有37%的能量损耗，太阳 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 能电池有效受光面积约为15 cm2，则该车所用太阳能电池将太阳能转化为机械能的效率约为(　　) A.5% B.10% C.20% D.30% 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 由题意可知，驱动该太阳能小车正常行驶时所需要的机械功率为 P机=Fv=fv=0.2mgv，代入数据可得P机=0.065 W，该太阳能小车接收太阳的功率为P=×S×(1-37%)，其中P总==3.9×1026 W，r=1.5×1011 m，S=15 cm2=0.001 5 m2，代入数据解得P=1.304 W，该车所用太阳能电池将太阳能转化为机械能的效率约为η=× 100%=×100%≈5%，A项正确。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 1.如图所示，光滑竖直杆固定，杆上套有一质量为m的小球A(可视为质点)，一根竖直轻弹簧一端固定在地面上，另一端连接质量也为m的物块B，一轻绳跨过定滑轮O，一端与物块B相连，另一端与小球A连接，定滑轮到竖直杆的距离为L，初始时，小球A在外力作用下静止于P点，已知此时整根轻绳伸直无张力且OP间细绳水平、OB间细绳竖直，现将小球A由P点静止释放，A沿杆下滑到最低点Q时OQ与杆之间的夹角为37°，不计滑轮大小及摩擦，重力加速度大小为g，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，下列说法正确的是(　　) 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 A.小球A静止于P点时，弹簧的压缩量为L B.小球A由P下滑至Q的过程中，弹簧弹性势能减少 了mgL C.小球A下滑至Q时，所受合力为0 D.若将小球A换成质量为的小球C，并将小球C拉至Q点由静止释 放，则小球C运动到P点时的动能为mgL 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 小球A从P到Q时，B球上升ΔL=-L=，此时弹簧处于拉伸状态，则小球A静止于P点时，弹簧的压缩量小于L，A项错误；小球A由P下滑至Q的过程中，系统动能不变，A的重力势能减小mgL，B的重力势能增加了mgL，由机械能守恒，则弹簧弹性势能增加了mgL，B项错误；小球A下滑至Q时，有向上的加速度， 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 则所受合力不为0，C项错误；若将小球A换成质量为的小球C，并将小球C拉至Q点由静止释放，则小球C运动到P点时弹簧的弹性势能减小mgL，B的重力势能减小mgL，动能不变；A的重力势能增加g×=mgL，则由机械能守恒可知C的动能为EkC=mgL +mgL-mgL=mgL，D项正确。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 2.如图所示，倾角为30°的足够长的光滑斜面体ABC固定放置在水平地面上，在A点的上方再固定一光滑的细杆，细杆与竖直方向的夹角为30°。质量均为m的小球甲、乙(均视为质点)用长为L的轻质杆通过铰链连接(铰链的质量忽略不计)，小球甲套在细杆上，小球乙放置在斜面上A点， 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 重力加速度大小为g。现让小球甲、小球乙由静止释放，小球乙一直沿着斜面向下运动，当小球甲刚要到达A点还未与斜面接触时，小球甲的动能为(　　) A.mgL B.mgL C.mgL D.mgL 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 由几何关系可得小球甲、乙下降的高度分别为h甲=Lcos 30°，h乙= Lsin 30°，当小球甲刚要到达A点还未与斜面接触时，轻质杆与斜面平行，小球甲的速度沿着细杆，小球乙的速度沿着斜面向下，把小球甲的速度v甲分别沿着斜面和垂直斜面分解，沿着斜面方向的分速度为v甲'=v甲cos 30°，小球乙的速度为v乙=v甲'，由机械能守恒定律可得mgh甲+mgh乙=m+m，小球甲的动能为Ek甲= m，综合解得Ek甲=mgL，B项正确。 解析 考前顶层设计 物理 第 ‹#› 页 微在字里 赢在行间 本部分内容讲解结束 把握高考微点，实现素能提升，完成专题精练6 $$