第4章 5 机械能守恒定律（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高一物理必修第二册（教科版）

该高中物理课件聚焦机械能守恒定律，涵盖动能与势能转化、守恒条件、表达式及应用，通过“知识辨析”问题（如匀速直线运动机械能是否守恒）衔接前后知识，搭建从概念到应用的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过轻绳、轻杆、轻弹簧连接体等模型建构，结合典例中A、B、C系统的受力分析与守恒方程推导，培养学生能量观念与科学推理能力。学生能深化守恒条件理解，教师可依托结构化资源提升教学效率。

5　机械能守恒定律 1.重力势能与动能:只有重力做功时,若重力对物体做正功,则物体的重力势能减少,动能增加, 重力势能转化成了动能;若重力做负功,则动能转化为重力势能。 2.弹性势能与动能:只有弹簧弹力做功时,若弹力做正功,则弹簧弹性势能减少,物体的动能增 加,弹性势能转化为动能。 3.机械能 (1)定义:重力势能、弹性势能和动能统称为机械能,表达式为E=Ek+Ep。 (2)通过重力或弹力做功可以实现动能和势能之间的转化。 必备知识 清单破 知识点 1 动能和势能的转化 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 1.内容:在只有重力或弹力做功的系统内,动能和势能会发生相互转化,总机械能保持不变。 2.机械能守恒的条件 (1)系统内只有重力(或弹力)做功,系统外力不做功。 (2)系统内只发生动能和重力势能、弹性势能的转化,没有转化为除机械能之外的其他形式 的能。 3.机械能守恒的表达式 (1)守恒式:mgh1+ m =mgh2+ m ,利用此式必须先确定零势能面; (2)转化式:ΔEk=-ΔEp,即ΔEk增=ΔEp减,利用此式不必选择零势能面。 知识点 2 机械能守恒定律 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 知识辨析 1.物体做匀速直线运动,它的机械能一定守恒吗? 2.物体受到摩擦力作用时,其机械能一定发生变化吗? 3.合力做功为零,物体的机械能一定守恒吗? 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 一语破的 1.不一定。物体做匀速直线运动,它的动能不变,但重力势能可能变化。 2.不一定。物体受到摩擦力作用但摩擦力不做功时,其机械能可能守恒。 3.不一定。机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功,合力做功为零不是机械能守恒 的条件。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 关键能力 定点破 1.对机械能的理解 (1)机械能是一个状态量,做机械运动的物体在某一位置时,具有确定的速度,也就有确定的动 能和势能,即具有确定的机械能。 (2)机械能是一个相对量,其大小与参考系、零势能面的选取有关。 (3)机械能是标量,只有大小没有方向,且机械能是系统所具有的。 2.对机械能守恒的理解 (1)机械能守恒的判断 ①对单个物体而言,其机械能是否守恒一般通过做功来判定。分析除重力外,有无其他力对 物体做功,若无其他力做功,则物体机械能守恒;若有其他力做功,且做功的代数和不为零,则物 体机械能必不守恒。 定点 1 对机械能守恒定律的理解 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 ②对几个物体组成的系统而言,其机械能是否守恒一般通过能量转化来判定。分析除系统内 重力势能、弹性势能和动能外,有无其他形式的能参与转化,若无其他形式的能参与转化,则 系统机械能守恒;若有其他形式的能参与转化,则系统机械能必不守恒。 (2)机械能守恒的条件 ①除重力及系统内弹力外,不受其他力作用。 ②除重力及系统内弹力外,还受其他力作用,但其他力不做功。 ③除重力及系统内弹力外,还受其他力作用,但其他力做功的代数和为零。 特别提醒 “守恒”是一个动态概念,指在物体动能和势能相互转化的整个过程中的任意时刻,机械能 总量总保持不变。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 1.机械能守恒的表达式及其物理意义 定点 2 机械能守恒定律的应用 表达式 物理意义 从状态 角度看 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 过程中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 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 2.应用机械能守恒定律解题的步骤 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 3.多物体组成的系统的机械能守恒问题 分析多个物体组成的系统的机械能问题时,首先判断多个物体组成的系统的机械能是否守 恒,即看是否只有重力或系统内弹力做功。当系统机械能守恒时,单个物体的机械能通常不 守恒。对几种常见类型的分析如下:  　　　       　      第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 类型一:轻绳连接的物体系统(常见情景如图) 分析轻绳连接体的机械能变化问题的要点: a.分析轻绳两端物体的速度大小关系。 b.明确轻绳两端物体的位移大小关系或竖直方向高度变化的关系。 c.在绳突然拉紧的过程中,系统的机械能有损失,机械能不守恒  第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 类型二:轻杆连接的物体系统(常见情景如图) 分析轻杆连接体的机械能变化问题的要点: a.杆的弹力不一定沿杆的方向,杆的弹力能对物体做功,单个物体的机械能不守恒。 b.用杆连接的两物体绕固定转轴做圆周运动时有相同的角速度,根据v=ωr确定线速度的大小 关系;且两物体沿杆方向的速度大小相等。 c.对于杆和球组成的系统,忽略空气阻力和各种摩擦且没有其他力对系统做功时,系统的机械 能守恒。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 类型三:轻弹簧连接的物体系统 由轻弹簧连接的物体系统,一般既有重力做功又有弹簧弹力做功,这时系统内物体的动能、 重力势能和弹簧的弹性势能相互转化,总的机械能守恒,而单个物体和弹簧的机械能都不守 恒。注意在轻弹簧连接的物体系统中,物体运动的位移与弹簧的形变量或形变量的变化量有 关。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 典例　如图所示,在竖直方向上A、B物体通过劲度系数为k的轻质弹簧相连,A放在水平地面 上,B、C两物体通过绕过光滑轻质定滑轮的细线相连,C放在固定的光滑斜面上。用手拿 住C,使细线刚刚拉直但无拉力作用【1】,并保证ab段的细线竖直、cd段的细线与斜面平行,已 知A、B的质量均为m,C的质量为4m,重力加速度为g,细线与滑轮之间的摩擦不计,开始时整个 系统处于静止状态,释放C后它沿斜面下滑(斜面足够长),A刚离开地面时,B获得最大速度 【2】。求: (1)斜面倾角α; (2)B获得的最大速度v。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 信息提取    【1】B物体受到重力和弹簧的弹力作用,受力平衡,弹簧处于压缩状态,具有弹性 势能。 【2】A与地面间无弹力,弹簧的弹力等于物体A的重力,弹簧处于伸长状态;A、B、C处于平 衡状态,但A无速度,B、C的速度大小相等。 思路点拨    (1)A刚离开地面时,A、B、C处于平衡状态,对A根据平衡条件【3】求出弹簧的弹 力;B、C运动过程中加速度大小相等,分别对B、C受力分析,根据牛顿第二定律列方程【4】,根 据B速度最大时加速度为0,联立求出斜面的倾角。 (2)A、B、C组成的系统机械能守恒,分析从初始状态到B速度最大过程中弹簧弹性势能的变 化,根据机械能守恒定律【5】列方程求解B的最大速度。 第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 解析    (1)当物体A刚刚离开地面时,弹簧的伸长量记为xA,则对A有kxA=mg(由【3】得到) 此时B受到重力、弹簧的弹力、细线的拉力T三个力的作用,设物体B的加速度为a,根据牛顿 第二定律,对B有T-mg-kxA=ma 对C有4mg sin α-T=4ma(由【4】得到) 当B获得最大速度时,有a=0(由【2】得到) 联立解得sin α=  所以α=30° (2)设开始时弹簧压缩的长度为xB,则kxB=mg,显然xA=xB(由【1】【2】得到)。当物体A刚离开 地面时,B上升的距离以及C沿斜面下滑的距离为xA+xB。由于xA=xB,则弹簧处于初始压缩状态 和之后伸长状态时的弹性势能相等,且物体A刚离开地面时,B、C两物体的速度大小相等,由 机械能守恒定律得4mg·(xA+xB) sin α-mg(xA+xB)= (4m+m)v2(由【5】得到) 代入数据解得v=2g  第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 答案    (1)30°    (2)2g  第四章　机械能及其守恒定律 高中同步 $