第8章 4 机械能守恒定律（课件PPT）-【金榜题名】2025-2026学年高一物理必修第二册同步学案（人教版）

该高中物理课件聚焦“机械能守恒定律”，从伽利略斜面实验引入守恒量探究，通过动能与势能转化推导定律，构建从概念建立到条件判断再到应用的学习支架，帮助学生衔接前后知识脉络。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，以“导学探究”（如过山车受力分析）深化守恒条件理解，通过“例题+针对训练”（如平抛运动机械能计算）强化科学探究能力。既助学生构建能量观念，提升推理与解题能力，也为教师提供结构化教学方案，高效落实核心素养目标。

第八章　机械能守恒定律 4　机械能守恒定律 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 目录 contents Part 01 梳理教材 夯实基础 Part 02 探究重点 提升素养 Part 04 课时作业 Part 03 随堂演练 逐点落实 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 梳理教材 夯实基础 返回导航 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 相同 不变 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 减少 增加 重力势能 动能 增加 减少 动能 重力势能 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 减少 增加 弹性势能 动能 增加 减少 动能 弹性势能 重力势能 弹性势能 动能 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 重力 弹力 动能 势能 总的机械能 初状态 末状态 过程的细节 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 探究重点 提升素养 返回导航 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 随堂演练 逐点落实 返回导航 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 谢谢观看 第八章　机械能守恒定律 返回导航 1 1．了解人们追寻守恒量和建立“能量”概念的漫长过程。 2．知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化。 3．能够推导出机械能守恒定律。 4．会判断一个过程机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律解决有关问题。　　 一、追寻守恒量 伽利略曾研究过小球在斜面上的运动，如图所示。 将小球由斜面A上某位置由静止释放，如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球在斜面B上速度变为0(即到达最高点)时的高度与它出发时的高度____，不会更高一点，也不会更低一点。这说明某种“东西”在小球运动的过程中是____的。 二、动能与势能的相互转化 1．重力势能与动能的转化 只有重力做功时，若重力对物体做正功，则物体的重力势能____，动能____，物体的________转化为____；若重力对物体做负功，则物体的重力势能____，动能____，物体的____转化为________。 2．弹性势能与动能的转化 只有弹簧弹力做功时，若弹簧弹力对物体做正功，则弹簧的弹性势能____，物体的动能____，弹簧的________转化为物体的____；若弹簧弹力对物体做负功，则弹簧的弹性势能____，物体的动能____，物体的____转化为弹簧的________。 3．机械能：________、________与____统称为机械能。 三、机械能守恒定律 1．内容：在只有____或____做功的物体系统内，____与____可以互相转化，而__________保持不变。 2．表达式：eq \f(1,2)mv22＋mgh2＝eq \f(1,2)mv12＋mgh1或Ek2＋Ep2＝Ek1＋Ep1。 3．应用机械能守恒定律解决问题只需考虑运动的______和______，不必考虑两个状态间的__________，即可以简化计算。 1．判断下列说法的正误。 (1)重力做正功的过程中，重力势能一定减少，动能一定增加。(　　) (2)物体自由下落过程中，重力势能转化为物体的动能。(　　) (3)弹性势能可以通过弹力做功转化为物体的动能。(　　) (4)物体的机械能一定是正值。(　　) (5)合外力做功为零，物体的机械能一定守恒。(　　) (6)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒。(　　) 【答案】　(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√ 2．如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高为H处自由落下，不计空气阻力，设桌面处的重力势能为零，则小球落到地面前瞬间的机械能为________。 【答案】　mgH 一、机械能守恒定律 如图所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下。(忽略轨道的阻力和其他阻力) 过山车下滑时，过山车受哪些力作用？各做什么功？动能和势能怎么变化？机械能守恒吗？ 【答案】　过山车下滑时，如果忽略阻力作用，过山车受重力和轨道支持力作用；重力做正功，支持力不做功，动能增加，重力势能减少，机械能保持不变。 1．对机械能守恒条件的理解 机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功，可分如下三层理解： (1)只受重力作用：如在不考虑空气阻力的情况下的各种抛体运动(自由落体、竖直上抛、平抛、斜抛等)。 (2)受其他力，但其他力不做功，只有重力或弹力做功，例如：①物体沿光滑的曲面下滑，受重力、曲面的支持力的作用，但曲面的支持力对物体不做功；②在光滑水平面上的小球运动中碰到弹簧，把弹簧压缩后又被弹簧弹回来。 (3)除重力和弹力之外，还有其他力做功，但其他力做功的代数和为零，系统机械能没有转化为其他形式的能，物体的机械能不变，这不属于真正的守恒，但也可以当作守恒来处理。 2．判断机械能是否守恒的方法 (1)利用机械能的定义判断(直接判断)：若物体动能、势能均不变，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(或减小)，其机械能一定变化。 (2)利用做功判断：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)利用能量转化来判断：若物体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，则物体系统机械能守恒。 　(多选)如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是(　　) A．甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，物体A机械能守恒 B．乙图中，在大小等于摩擦力的拉力下沿斜面下滑时，物体B机械能守恒 C．丙图中，不计任何阻力时，A加速下落，B加速上升的过程中，A、B组成的系统机械能守恒 D．丁图中，小球沿水平面做速度大小不变的圆锥摆运动时，小球机械能守恒 【解析】　甲图中重力和弹力做功，物体A和弹簧组成的系统机械能守恒，但物体A机械能不守恒，A错误；乙图中物体B除受重力外，还受支持力、拉力、摩擦力，但当拉力与摩擦力大小相等时，除重力之外的三个力做功的代数和为零，故物体B机械能守恒，B正确；丙图中绳子的张力对A做负功，对B做正功，两者代数和为零，又不计任何阻力，故A、B组成的系统机械能守恒，C正确；丁图中小球的动能不变，势能不变，故机械能守恒，D正确。 【答案】　BCD 　在下列物理过程中，物体的机械能守恒的是(　　) A．把一个物体竖直向上匀速提升的过程 B．人造卫星沿圆轨道绕地球运行的过程 C．汽车关闭油门后沿水平公路向前滑行的过程 D．物体以eq \f(4,5)g的加速度竖直向上做匀减速运动的过程 【解析】　匀速提升物体时，在竖直方向上除了重力外物体还受到向上的力，并且该力做功，所以物体的机械能不守恒，A错误；人造卫星沿圆轨道绕地球运行的过程只受万有引力，机械能守恒，B正确；汽车关闭油门后沿水平公路向前滑行的过程中阻力做负功，汽车的机械能不守恒，C错误；物体以eq \f(4,5)g的加速度竖直向上做匀减速运动的过程中，除了重力做功外，还有其他力做功，所以物体的机械能不守恒，D错误。 【答案】　B 总结提升 判断机械能是否守恒应注意的问题 (1)物体在共点力作用下所受合外力为0是物体处于平衡状态的条件。物体受到的合外力为0时，它一定处于匀速直线运动状态或静止状态，但物体的机械能不一定守恒。 (2)合外力做功为0是物体动能不变的条件，合外力对物体不做功，它的动能一定不变，但它的机械能不一定守恒。 (3)只有重力做功或系统内弹簧类弹力做功是机械能守恒的条件。只有重力对物体做功时，物体的机械能一定守恒；只有重力或系统内弹簧类弹力做功时，系统的机械能一定守恒。 【针对训练1】　 (多选)如图所示，一斜面放在光滑的水平面上，一个小物体从斜面顶端无摩擦地自由滑下，则在下滑的过程中(　　) A．斜面对小物体的弹力做的功为零 B．小物体的重力势能完全转化为小物体的动能 C．小物体的机械能不守恒 D．小物体、斜面和地球组成的系统机械能守恒 【解析】　小物体、斜面和地球三者组成的系统机械能守恒。斜面对小物体的弹力对其做负功，小物体机械能减少，小物体的重力势能转化为它和斜面的动能。选项C、D正确，A、B错误。 【答案】　CD 二、机械能守恒定律的应用 1．机械能守恒定律常用的三种表达式 (1)Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2，这里应注意等式不是指某两个特别的状态，而是过程中的每一个状态机械能的总量都是守恒的，但我们解题时往往选择与题目所述条件或所求结果相关的状态建立方程式。另外表达式中Ep是相对的，建立方程时必须选择合适的参考平面，且每一状态的Ep都应是对同一参考平面而言的。 (2)ΔEk＝－ΔEp，系统动能的增加量等于系统重力势能的减少量，可以不选择参考平面。 (3)ΔEA＝－ΔEB，将系统分为A、B两部分，A部分机械能的增加量等于另一部分B的机械能的减少量，可以不选择参考平面。 2．应用机械能守恒定律解题的步骤 3．机械能守恒定律和动能定理的比较 机械能守恒定律 动能定理 表达式 E1＝E2 ΔEk＝－ΔEp ΔEA＝－ΔEB W＝ΔEk 机械能守恒定律 动能定理 物理意义 重力或弹力做功的过程是动能与势能转化的过程 合外力对物体做的功是动能变化的量度 应用范围 只有重力或弹力做功 无条件限制 关注角度 守恒的条件和初末状态机械能的形式及大小 动能的变化及合外力做功的情况 　将质量为m的物体以初速度v0＝10 m/s竖直向上抛出，忽略空气阻力，取g＝10 m/s2，则： (1)物体上升的最大高度是多少？ (2)上升过程中，何处重力势能与动能相等？(以地面为零势能面) 【解析】　(1)物体上升的过程中机械能守恒，则有：mghmax＝eq \f(1,2)mv02 解得hmax＝5 m。 (2)设物体在h高处，物体的重力势能与动能相等，即mgh＝Ek① 又由机械能守恒定律得：mgh＋Ek＝eq \f(1,2)mv02② 联立①②式解得： h＝eq \f(v02,4g)＝eq \f(102,4×10) m＝2.5 m。 【答案】　(1)5 m　(2)2.5 m高处 【针对训练2】　如图所示，质量为m的小物块在粗糙水平桌面上做直线运动，经距离l后以速度v飞离桌面，最终落在水平地面上。已知l＝1.4 m，v＝3.0 m/s，m＝0.10 kg，物块与桌面间的动摩擦因数μ＝0.25，桌面高h＝0.45 m。不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2。求： (1)小物块落地点距飞出点的水平距离s； (2)小物块落地时的动能Ek； (3)小物块的初速度大小v0。 【解析】　(1)小物块飞离桌面后做平抛运动，根据平抛运动规律，有竖直方向： h＝eq \f(1,2)gt2 水平方向：s＝vt 解得：s＝v eq \r(\f(2h,g))＝0.90 m。 (2)小物块从飞离桌面到落地的过程中机械能守恒，Ek＝eq \f(1,2)mv2＋mgh＝0.90 J。 (3)小物块在桌面上运动的过程中，根据动能定理：－μmg·l＝eq \f(1,2)mv2－eq \f(1,2)mv02 解得小物块的初速度大小 v0＝ eq \r(2μgl＋v2)＝4.0 m/s。 【答案】　(1)0.90 m　(2)0.90 J　(3)4.0m/s 1．(机械能是否定恒的判断)(多选)如图所示，下列几种情况，系统的机械能守恒的是(　　) A．图甲中一颗弹丸在光滑的碗内做复杂的曲线运动 B．图乙中运动员在蹦床上越跳越高 C．图丙中小车上放一木块，小车的左侧由弹簧与墙壁相连。小车在左右运动时，木块相对于小车无滑动(车轮与地面摩擦不计) D．图丙中如果小车运动时，木块相对于小车滑动 【解析】　弹丸在碗内运动时，只有重力做功，系统机械能守恒，故选项A正确；运动员越跳越高，表明她不断做功，机械能不守恒，故选项B错误；由于一对静摩擦力做功的代数和为0，系统中只有弹簧弹力做功不为0，机械能守恒，故选项C正确；滑动摩擦力做功的代数和不为0，即有热量产生系统机械能不守恒，故选项D错误。 【答案】　AC 2．(机械能守恒定律的应用)以相同大小的初速度v0将物体从同一水平面分别竖直上抛、斜上抛、沿光滑斜面(足够长)上滑，如图所示，三种情况达到的最大高度分别为h1、h2和h3，不计空气阻力，则(　　) A．h1＝h2＞h3　　　 B．h1＝h2＜h3 C．h1＝h3＜h2 D．h1＝h3＞h2 【解析】　竖直上抛的物体和沿斜面运动的物体，上升到最高点时，速度均为0，由机械能守恒定律得：mgh＝eq \f(1,2)mv02，所以h＝eq \f(v02,2g)；斜上抛的物体在最高点速度不为零，设为v1，则mgh2＝eq \f(1,2)mv02－eq \f(1,2)mv12，所以h2＜h1＝h3，D正确。 【答案】　D 3. (机械能守恒定律的应用)如图所示，某同学在离地面高度为h1处沿与水平方向成θ夹角抛出一质量为m的小球，小球运动到最高点时离地面高度为h2。若该同学抛出小球时对它做功为W，重力加速度为g，不计空气阻力。则下列说法正确的是(　　) A．小球抛出时的初动能为W＋mgh1 B．小球在最高点的动能为W＋mgh1－mgh2 C．小球落到地面前瞬间的动能为W＋mgh2 D．小球落到地面时的机械能与抛出时的角度θ有关 【解析】　对于抛球的过程，根据动能定理可得，抛出时初动能为W，故A错误；从开始抛球到球到最高点的过程，由机械能守恒得：W＋mgh1＝Ek＋mgh2，小球在最高点的动能Ek＝W＋mgh1－mgh2，故B正确；小球在落到地面前瞬间的动能为Ek′＝W＋mgh1故C错误；小球在落到地面前过程中机械能守恒，与抛出时的角度θ无关，故D错误。 【答案】　B 4. (机械能守恒定律的应用)如图所示，质量m＝2 kg的小球用长L＝1.05 m的轻质细绳悬挂在距水平地面高H＝6.05 m的O点。现将细绳拉至水平状态，自A点无初速度释放小球，运动至悬点O的正下方B点时细绳恰好断裂(断裂瞬间小球无能量损失)，接着小球做平抛运动，落至水平地面上C点。不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2。求： (1)细绳能承受的最大拉力； (2)细绳断裂后小球在空中运动的时间； (3)小球落地前瞬间速度的大小。 【解析】　(1)根据机械能守恒定律得： mgL＝eq \f(1,2)mvB2， 由牛顿第二定律得：F－mg＝m eq \f(vB2,L)。 故最大拉力F＝3mg＝60 N； (2)细绳断裂后，小球做平抛运动， 且H－L＝eq \f(1,2)gt2，解得t＝1 s； (3)整个过程，根据机械能守恒定律有： mgH＝eq \f(1,2)mvC2，解得vC＝11 m/s。 【答案】　(1)60 N　(2)1 s　(3)11 m/s $