第8章 第4节 机械能守恒定律（课件PPT）-【新课程学案】2025-2026学年高中物理必修第二册（人教版 江苏专用）

该高中物理课件聚焦机械能守恒定律，通过“追寻守恒量”实验（小球斜面运动）和情境思考（弯弓射雕、撑竿跳高）导入，引导学生从动能与势能转化切入，结合表格梳理实验事实与推论，搭建从具体现象到守恒观念的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过任务驱动（过山车受力分析）、模型建构（荡秋千典例）和变式拓展（现实阻力影响），强化能量观念和守恒条件理解。题点全练清结合2025年各地高一检测题，分层落实学科与选考要求，帮助学生提升科学推理能力，也为教师提供系统化教学资源。

机械能守恒定律 (赋能课——精细培优科学思维) 第 4 节 课标要求 层级达标 1.理解机械能守恒定律，体会守恒观念对认识物理规律的重要性。 2.能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。 学考 层级 1.知道什么是机械能，理解物体动能和势能的相互转化。 2.通过机械能守恒定律的学习，初步建立能量观念、体会守恒思想。 3.知道机械能守恒定律的内容和守恒条件。 选考 层级 1.理解机械能守恒定律的推导过程。 2.会从做功和能量转化的角度判断机械能是否守恒，能应用机械能守恒定律解决有关问题。 课前预知教材 课堂精析重难 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 课前预知教材 实验装置图 事实 将小球由斜面A上某位置由_______释放，小球运动到斜面 B上 假设 摩擦力及空气阻力可以忽略 静止 一、追寻守恒量 推论 小球在斜面B上速度变为0时，即到达最高点时的高度与它出发时的高度______ 追寻不变量 上述事例说明存在某个守恒量，在物理学上我们把这个量叫作______或者能 相同 能量 续表 二、动能与势能的相互转化 1.重力势能与动能的相互转化：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_______，__________转化为动能；若重力做负功，则______转化为___________。 2.弹性势能与动能的相互转化：只有弹簧弹力做功时，若弹力做正功，则弹簧弹性势能______，物体的动能______，_________转化为动能；若弹力做负功，则______转化为__________。 3.机械能：_____、__________和___________统称为机械能。 重力势能 动能 重力势能 弹性势能 动能 弹性势能 弹性势能 [微点拨] 重力或弹力做功时，不同形式的机械能可以发生相互转化。 [情境思考] 诗词中曾写到“一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕”。试分析在弯弓射雕过程中，涉及机械能中哪些能量之间的转化? 提示：箭被射出过程中，弓的弹性势能转化为箭的动能；箭上升过程中，箭的动能转化为重力势能；箭下落过程中，箭的重力势能转化为动能。 三、机械能守恒定律 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________，而总的机械能__________。 2.守恒条件 物体系统内只有_______或_______做功。 互相转化 保持不变 弹力 3.表达式 (1)m+mgh2=_____________。 (2)Ek2+Ep2=_________。 [微点拨] 机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功，而不一定是只受重力或弹力作用。 m+mgh1 Ek1+Ep1 [情境思考] 如图所示为正在比赛的撑竿跳高运动员，如果忽略空气的阻力，运动员靠撑竿上升的过程中有什么力做功?运动员的机械能守恒吗? 提示：撑竿跳高运动员上升的过程中重力、竿的弹力都做功，运动员的机械能不守恒；但运动员和撑竿组成的系统机械能守恒。 课堂精析重难 如图所示，过山车由高处在关闭发动机的情况下飞奔而下。 任务驱动 强化点(一)　机械能守恒的判断 (1)过山车受哪些力作用?各做什么功? 提示：过山车受重力、轨道支持力、摩擦力和空气阻力；重力做正功，轨道支持力不做功，摩擦力和空气阻力做负功。 (2)过山车向下运动时，动能和势能怎么变化?两种能的和不变吗? 提示：过山车向下运动时，势能减少，动能增加，两种能的和减少。 (3)若忽略过山车受到的摩擦力和空气阻力，过山车向下运动时机械能守恒吗? 提示：若忽略过山车受到的摩擦力和空气阻力，过山车向下运动时机械能守恒。 1.对机械能守恒条件的理解 (1)只有重力做功，只发生动能和重力势能的相互转化。 (2)只有弹力做功，只发生动能和弹性势能的相互转化。 (3)只有重力和弹力做功，发生动能、弹性势能、重力势能的相互转化。 (4)除重力或弹力做功外，其他力也做功，但其他力做功的代数和始终为零。 要点释解明 2.判断机械能是否守恒的方法 做功条 件分析 只有重力和系统内弹力做功，其他力不做功或做功的代数和始终为零 能量转 化分析 系统内只有动能、重力势能及弹性势能的相互转化，即系统内只有物体间的机械能相互转移，则机械能守恒 定义 判断法 如物体沿竖直方向或沿斜面匀速运动时，动能不变，势能变化，机械能不守恒 1.以下对机械能守恒的理解正确的是 (　 ) A.如果机械能只在系统内部物体间转化，则该系统机械能一定 守恒 B.如果系统内部只有动能与势能的相互转化，则该系统机械能一定守恒 C.如果物体受力平衡，则物体与地球组成的系统机械能一定守恒 D.如果外力对一个系统所做的功为0，则该系统机械能一定守恒 题点全练清 √ 解析：如果系统内部只有动能与势能的相互转化，不发生机械能与其他形式能的转化，则该系统机械能一定守恒，A错误，B正确；如果物体受力平衡，匀速上升，动能不变，但是重力势能增大，机械能不守恒，C错误；如果外力对一个系统所做的功为0，说明该系统的动能不变，但是机械能可能变化，D错误。 2.(2025·盐都高一检测)下列选项中物体m机械能守恒的是(均不计空气阻力) √ 解析：物块沿固定斜面匀速下滑，在斜面上物块受力平衡，重力沿斜面向下的分力与摩擦力平衡，摩擦力做负功，机械能减少，A错误。物块在力F作用下沿固定光滑斜面上滑时，力F做正功，机械能增加，B错误。小球沿粗糙半圆形固定轨道下滑时，除重力做功外，摩擦力做负功，小球机械能不守恒；用细线拴住小球绕O点来回摆动，只有重力做功，小球机械能守恒，C错误，D正确。 3.(2025·南通高一开学考试)小球在弹簧的作用下上下运动，如图所示，对它的运动过程进行分析，正确的是 (　 ) A.小球的运动状态保持不变 B.向上运动时，小球动能减小 C.弹簧可能被压缩 D.小球的机械能一直增大 √ 解析：运动状态的变化包括速度的大小和方向两个方面，小球在运动时速度的大小和方向都会改变，故A错误； 小球从最低点开始向上运动到最高点的过程中，速度先由0开始增大到最大值，然后再减小到0，所以动能先变大后变小，故B错误； 如果弹簧的运动幅度比较大，弹簧可能被压缩，故C正确； 如果不考虑空气阻力的影响，小球和弹簧的总机械能保持不变，当弹簧的弹性势能变大时，小球的机械能减小，小球的机械能不可能一直增大，故D错误。 要点释解明 强化点(二)　机械能守恒定律的理解与应用 1.机械能守恒定律的不同表达式   表达式 物理意义 从不同 状态看 Ek1+Ep1=Ek2+Ep2或E初=E末 初状态的机械能等于末状态的机械能 从转化 角度看 Ek2-Ek1=Ep1-Ep2或ΔEk=-ΔEp 动能的增加量等于势能的减少量 从转移 角度看 EA2-EA1=EB1-EB2或ΔEA=-ΔEB 系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能 2.应用机械能守恒定律的基本思路 [典例]　荡秋千是一种常见的娱乐休闲活动(如图)。若秋千绳的长度l=2 m，荡到最高点时秋千绳与竖直方向的夹角θ=60°。重力加速度g取9.8 m/s2，求荡到最低点时秋千的速度大小。(忽略阻力及秋千绳的质量，且人在秋千上的姿势可视为不变) [答案]　4.4 m/s [解析]　以人和秋千座椅组成的系统为研究对象并将其视为质点，受力分析如图所示。 选择秋千在最低位置时的水平面为零势能 参考平面。设秋千荡到最高点A处为初状态， 在最低点B处为末状态。已知l=2 m，θ=60°。 初动能Ek1=0，此时重力势能 Ep1=mgl(1-cos θ)。末动能Ek2=mv2，此时重力势能Ep2=0。 根据机械能守恒定律有Ek2+Ep2=Ek1+Ep1 即mv2=mgl(1-cos θ)， 解得v= = m/s≈4.4 m/s。 [变式拓展]　在现实中，若人在荡秋千时姿势不变，秋千将逐渐停下来，这是有阻力的缘故。因此，人荡秋千时，只有在保持姿势不变且忽略阻力的情况下，其机械能才守恒。为什么有的人可以越荡越高，他是怎么做到的呢?请分析原因。 提示：人荡秋千时越荡越高，是在荡秋千的过程中，人通过做一些合适的动作做功，将人体内的化学能转化为人和秋千的机械能的 缘故。 1.(2025·新北高一期末)质量相同的两个摆球A和B，其摆线长LA>LB，它们从同一水平面由静止释放，如图所示。以该水平面为零势能面，到达最低点时，以下说法中正确的是 (　 ) A.它们的机械能EA=EB B.它们的动能EkA=EkB C.它们的重力势能EpA=EpB D.它们对摆线的拉力TA＞TB 题点全练清 √ 解析：根据机械能守恒定律，它们的机械能为EA=EB=0，A正确；根据机械能守恒定律得0=Ek-mgL，LA>LB，解得EkA>EkB，B错误；它们的重力势能EpA=-mgLA，EpB=-mgLB，LA>LB，解得EpA<EpB，C错误；根据牛顿第二定律有T-mg=m，根据机械能守恒定律有0=mv2-mgL，联立解得T=3mg，TA=TB，D错误。 2.(2025·泰州高一期末)质量为0.2 kg的石块从距地面10 m高处以30°角斜向上方抛出，初速度v0的大小为10 m/s。选抛出点所在水平面为零势能面，不计空气阻力，g取10 m/s2。则从抛出到落地过程中 (　 ) A.石块加速度不断改变 B.石块运动时间为1 s C.落地时石块具有的机械能为10 J D.在最高点石块所受重力的功率为10 W √ 解析：石块在空中运动，不计空气阻力，仅受重力作用，因此加速度恒为g，故A错误；石块在竖直方向上做竖直上抛运动，取竖直向下为正方向，则h=-v0sin 30°·t+gt2，解得t=2 s，故B错误；全过程石块的机械能守恒，落地时石块的机械能等于初始的机械能，即E=mgh0+m，选抛出点所在水平面为零势能面，则mgh0=0，所以E=10 J，故C正确；石块在最高点时只有水平速度，竖直速度为0，所以在最高点石块的重力功率为0，故D错误。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1.(2025·南通高一期末)以下说法正确的是 (　 ) A.一个物体所受的合力为零，它的机械能一定守恒 B.一个物体做匀速运动，它的机械能一定守恒 C.一个物体所受的合力不为零，它的机械能可能守恒 D.除了重力以外其余力对物体做功为零，它的机械能不可能守恒 √ 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 解析：一个物体所受合力为零时，物体的机械能也可能变化，如匀速上升的物体，所受合力为零，机械能增加，故A、B错误；一个物体所受的合力不为零，它的机械能可能守恒，如自由下落的物体，只受重力，机械能守恒，故C正确；机械能守恒的条件是只有重力或弹力做功，所以除了重力以外其余力对物体做功为零，物体的机械能一定守恒，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 2.如图所示，质量为1 kg的小物块从倾角为30°、长为2 m的光滑固定斜面顶端由静止开始下滑，若选初始位置所在水平面为参考平面，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2，则它滑到斜面中点时具有的机械能和动能分别是 (　 ) A.5 J，5 J B.10 J，15 J C.0，5 J D.0，10 J √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：物块的机械能等于物块动能和重力势能的和，由题意可知物块在初始位置的机械能E=0。在运动的过程中只有重力做功，机械能守恒，所以物块滑到斜面中点时的机械能为0，根据机械能守恒定律有-mg·Lsin 30°+mv2=0，解得此时动能为5 J，C正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 3.如图是双锥体向“上”滚的实验。在书脊上架两根筷子作为轨道，把双锥体放在较低一端的轨道上，你会发现双锥体会由静止向“上”滚动。关于这一现象的分析正确的是 (　 ) A.双锥体滚动过程中，重心逐渐上升 B.双锥体滚动过程中，重心逐渐下降 C.调整使两根筷子平行，实验也可能成功 D.将双锥体换成圆柱体，实验也可能成功 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：双锥体滚动过程中，动能逐渐增加，则重力势能逐渐减小，重心逐渐下降，A错误，B正确；调整使两根筷子平行，若双锥体沿筷子由低端向高端滚动，则重力势能增加，动能增加，由机械能守恒定律可知实验不可能成功，C错误；同理可知，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 4.如图所示，光滑的固定曲面与光滑的水平面平滑相连，一轻弹簧右端固定，质量为m的小球从高度为h处由静止下滑，重力加速度为g，弹簧始终在弹性限度内，则 (　 ) A.小球与弹簧刚接触时，速度大小为 B.小球与弹簧接触的过程中，小球机械能守恒 C.小球压缩弹簧至最短时，弹簧的弹性势能为mgh D.小球在压缩弹簧的过程中，小球的加速度保持不变 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：设小球与弹簧刚接触时速度大小为v，小球从曲面上滑下的过程中，根据机械能守恒定律得mgh=mv2，解得v=，故A错误。小球与弹簧接触的过程中，弹簧的弹力对小球做功，则小球机械能不守恒，故B错误。对整个过程，根据系统的机械能守恒可知，小球压缩弹簧至最短时，弹簧的弹性势能为mgh，故C正确。小球在压缩弹簧的过程中，弹簧弹力增大，则小球的加速度增大，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 5.(2025·无锡高一开学考试)毛主席在《沁园春·雪》一词中写道：“一代天骄，成吉思汗，只识弯弓射大雕。”对于“弯弓”的过程中所蕴含的物理知识，下列理解正确的是 (　 ) A.“弯弓”发生塑性形变 B.“弯弓”说明力可以改变物体的运动状态 C.“弯弓”的过程中弓的弹性势能增大 D.“弯弓”的过程中弓的机械能不变 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：“弯弓”发生的是弹性形变，故A错误；“弯弓”说明力可以改变物体的形状，故B错误；“弯弓”的过程中弓的弹性形变越来越大，故弹性势能增大，故C正确；“弯弓”的过程中弓的机械能变大，故D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 6.(2025·潥阳高一期末)质量为m的小球从离地面h高处以初速度v0竖直上抛，小球上升后离抛出点的最大高度为H。若选取最高点为零势能面，不计空气阻力，重力加速度为g，则 (　 ) A.小球在最高点时的重力势能是mgH B.小球落回抛出点时的机械能是-mgH C.小球落到地面时的动能是m+mgh D.小球落到地面时的重力势能是mg(H+h) √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：由于选取最高点为零势能面，故小球在最高点时的重力势能是0，A错误；小球在最高点时的速度为0，故小球在最高点时的机械能是0，又小球在运动过程中不计空气阻力，所以机械能守恒，所以小球落回抛出点时的机械能也等于零，B错误；由机械能守恒定律有Ek-mg(H+h)=m-mgH，所以小球落地时的动能Ek=m+mgh，C正确；小球最高点离地面的距离为H+h，则小球落到地面时的重力势能是Ep=-mg(H+h)，D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 7.(2025·姑苏高一期末)如图所示，是一种叫作“火箭蹦极”的游戏项目，惊险刺激深受年轻人喜爱。游戏开始前，装置 中间的“蹦极球”会被锁定在最低点，此时两侧弹性 绳索被拉长，人坐入球中系好安全带后解锁，“蹦极 球”就会被向上抛出，上下反复很多来回后最终静止 在空中。则下列说法正确的是 (　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 A.整个过程“蹦极球”、人和弹性绳索组成的系统机械能守恒 B.“蹦极球”从解锁到上升至最高点的过程中，动能一直增大 C.“蹦极球”从解锁到上升至最高点的过程中，重力势能一直增大 D.“蹦极球”从解锁到上升至最高点的过程中，绳索的弹性势能一直减小 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：由题意可知，有阻力作用，故整个系统机械能不守恒，故A错误；从解锁到上升到最高点的过程，“蹦极球”动能先增大后减小，高度一直升高，重力势能一直增大，弹性绳索先由拉长恢复形变，后又被逐渐拉长，故弹性势能先减小后增大，故C正确，B、D错误。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 8.(2025·连云港高一期中)如图(a)是质点在竖直平面内运动的轨道。取与轨道轮廓相同的轨迹曲线，以水平地面为横轴，将水平地面作为重力势能的零势能面，以重力势能为纵轴并选取合适的标度，建立如图(b)所示的直角坐标系，该曲线反映质点沿轨道运动时重力势能Ep的变化情况，称为势能曲线。将质量m=0.5 kg的小球由A处释放，其机械能EA=4 J。忽略运动过程中小球受到的摩擦阻力及空气阻力，g取10 m/s2。下列说法正确的是 (　 ) A.A处距离地面的高度为0.6 m B.A处小球的速度大小为0.5 m/s C.B处距离地面的高度为0.2 m D.B处小球的速度大小为3 m/s 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：小球在A处的重力势能为3 J，所以Ep=mgh=3 J，解得h=0.6 m，A处距离地面的高度为0.6 m，A正确；运动过程中小球的机械能守恒，所以EA=Ep+Ek=4 J，Ek=mv2，解得v=2 m/s，所以A处小球的速度大小为2 m/s，B错误；小球在B处的重力势能为2 J，则mghB=2 J，解得hB=0.4 m，所以B处距离地面的高度为0.4 m，C错误；运动过程中小球的机械能守恒，则m=EA-EpB，解得vB=2 m/s，那么B处小球的速度大小为2 m/s，D错误。 9.(2025·宜兴高一开学考试)体育课上，小杜同学将篮球使劲掷向地面后篮球向斜上方反弹，从篮球反弹到篮球到达最高点离地高度h=2 m 的过程中，忽略空气阻力，关于篮球的动能Ek(下图中实线所示)和重力势能Ep(下图中虚线所示) 随高度h变化的图像可能正确的是 (　 ) 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 √ 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 解析：由于篮球反弹后做斜抛运动，当篮球运动到最高点h=2 m时，篮球具有一定的水平速度，篮球的动能不为0，故B、D错误；设篮球在地面反弹时的初动能为Ek0，此时篮球的重力势能为0，篮球在空中只有重力做功，篮球的机械能守恒，根据机械能守恒定律可得Ek+Ep=Ek0，当动能与重力势能相等时，有Ek=Ep=Ek0，故A错误，C正确。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 10.(12分)如图所示，质量m=60 kg的运动员以6 m/s的速度从高h=8 m的滑雪场A点沿左侧斜坡自由滑下，以最低点B所在平面为参考平面，g=10 m/s2，一切阻力可忽略不计。求： (1)运动员在A点时的机械能；(3分) 答案：5 880 J 解析：运动员在A点时的机械能E=Ek+Ep=mv2+mgh=5 880 J。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (2)运动员到达最低点B时的速度大小；(4分) 答案：14 m/s 解析：运动员从A运动到B的过程，根据机械能守恒定律得E=m，解得vB=14 m/s。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (3)运动员继续沿右侧斜坡向上运动能到达的最大高度。(5分) 答案：9.8 m 解析：运动员从A运动到右侧斜坡上最高点的过程，由机械能守恒定律得E=mghm 解得hm=9.8 m。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 11.(12分)(2025·邳州模拟)如图所示，竖直平面内的光滑轨道ABCD，AB段为曲面，BC段水平，CD段是半径R=0.2 m的半圆形轨道，BC段与CD段在C点相切。在A点由静止释放一质量为m=0.2 kg的小球，小球沿轨道运动至D点后，沿水平方向飞出，最终落到水平轨道BC段上的E点，A点距水平面的高度h=0.8 m，重力加速度g取10 m/s2。求： 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (1)小球运动到B点时的速度大小vB；(3分) 解析：根据题意，小球从A点到B点的过程中，由机械能守恒定律有mgh=m 解得vB==4 m/s。 答案：4 m/s 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (2)小球运动到D点时轨道对小球的弹力大小FN；(4分) 答案：6 N　 解析：根据题意，小球从B点到D点的过程中，由机械能守恒定律有m=mg·2R+m 解得vD=2 m/s 在D点对小球由牛顿第二定律有FN+mg=m 解得FN=6 N。 1 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 (3)C、E两点的距离x。(5分) 答案：0.8 m 解析：小球从D点飞出后做平抛运动，飞行时间为t== s C、E两点的距离x=vDt=0.8 m。 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $