6.3 机械能守恒定律及其应用 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦“机械能守恒定律及其应用”核心考点，涵盖定律理解与判断、单个物体及系统（轻绳/杆连接体）、含弹簧模型的应用。依据高考评价体系，明确系统机械能守恒及弹簧类问题为高频考点，归纳判断类、计算类等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“考点分层突破+典例深度剖析+易错点警示”，如通过定义法、做功法、转化法三种判断方法培养科学思维，结合轻绳连接体速度关联分析（典例3）、弹簧弹性势能计算（典例6）提升能量观念。助力学生掌握解题技巧，教师可精准把握学情，实现高效复习。

第28课时　机械能守恒定律及其应用 √ √ × × √ 解析 1.√　重力势能的大小与零势能面的选取有关。当选取物体所处高度为零势能面时,其重力势能为零。 2.√　机械能包括动能和势能。例如物体在有摩擦的斜面下滑时,速度增大(动能增大),但摩擦生热导致总机械能减小。 3.×　若存在除重力以外的力做功,机械能可能不守恒。 4.×　若为静摩擦力且不做功(如物体静止在斜面上),则机械能可能不变。只有滑动摩擦力或做功的静摩擦力才会引起机械能变化。 5.√　机械能守恒的条件是只有重力或系统内弹力做功。当只发生动能和势能的相互转化时,正说明满足该条件,机械能守恒。 考点一　对机械能守恒的理解与判断 1.重力做功与重力势能 (1)重力做功的特点:重力做功与　　 　无关,只与始末位置的　　　　有关,重力做功不引起物体　　　　　　的变化。  (2)重力势能 ①表达式:Ep=　　　　。  ②重力势能的特点:重力势能是物体和　　　　所共有的,重力势能的大小与参考平面的选取　　　　,但重力势能的变化量与参考平面的选取 　　　　。 (3)重力做功与重力势能变化的关系:重力对物体做正功,重力势能　　 　,重力对物体做负功,重力势能　　　　,即WG=　　　　=　　　　。  路径 高度差 机械能 mgh 地球 有关 无关 减小 增大 Ep1-Ep2 -ΔEp 2.弹性势能 (1)定义:发生　　　　　的物体的各部分之间,由于有弹力的相互作用而具有的势能。 (2)弹力做功与弹性势能变化的关系:弹力做正功,弹性势能　　　　;弹力做负功,弹性势能　　　　。即W=　　　　。  3.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,　　　　与　　　　可以互相转化,而总的机械能　　　　　　　　。  (2)表达式:mgh1+=　　　　　　　或　　　　　　=Ek2+Ep2。  (3)守恒条件:只有　　　　或　　　　做功。  弹性形变 减小 增加 -ΔEp 动能 势能 保持不变 mgh2+ Ek1+Ep1 重力 弹力 典例1　关于机械能守恒下列说法正确的是(　　) A.若物体(或系统)所受到的合外力为零,则机械能一定守恒 B.若合外力对物体(或系统)做功为零,则机械能一定守恒 C.飞船在椭圆轨道上稳定运行时机械能不守恒 D.做匀加速运动的物体,其机械能可能守恒 解析 若物体(或系统)所受到的合外力为零,则机械能不一定守恒,例如竖直方向匀速运动的物体,选项A错误;若合外力对物体(或系统)做功为零,则机械能不一定守恒,例如竖直方向匀速运动的物体,选项B错误;飞船在椭圆轨道上稳定运行时,只有地球的引力做功,则机械能守恒,选项C错误;做匀加速运动的物体,其机械能可能守恒,例如自由落体运动,选项D正确。 D 考点二　单个物体的机械能守恒问题 应用机械能守恒定律解决问题的基本思路 典例2　质量为m的足球在位置1被踢出后落到位置3,在空中位置2达到最高点,整个运动的轨迹如图所示。则足球(　　) A.上升过程机械能增大 B.下降过程机械能减小 C.位置1与3的速度大小相等 D.上升和下降经历的时间相等 B 对点演练1　 物体从离地高H处的M点开始做自由落体运动,下落至离地高度为H处的N点,下列能量条形图表示物体在M和N处的动能Ek和重力势能Ep的相对大小关系,可能正确的是(　　) D 解析 由题意可知,物体重力势能变为原来的,A错误;由于机械能守恒,动能与重力势能之和应等于释放时的机械能,B、C错误;设释放位置所在平面为零势能面,则机械能为零,D正确。 考点三　系统机械能守恒问题 1.解决多物体系统机械能守恒的注意点 (1)对多个物体组成的系统,要注意判断物体运动过程中系统的机械能是否守恒。一般情况为不计空气阻力和一切摩擦,系统的机械能守恒。 (2)注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系。 (3)列机械能守恒方程时,一般选用ΔEk=-ΔEp或ΔEA=-ΔEB的形式。 2.轻绳连接的物体系统分析 常见 情境   三点 提醒 (1)分清两物体是速度大小相等,还是沿绳方向的分速度大小相等; (2)用好两物体的位移大小关系或竖直方向高度变化的关系; (3)对于单个物体,一般绳上的力要做功,机械能不守恒;但对于绳连接的系统,机械能则可能守恒 3.轻杆连接的物体系统分析 常见 情境   三大 特点 (1)平动时两物体线速度相等,转动时两物体角速度相等; (2)杆对物体的作用力并不总是沿杆的方向,杆能对物体做功,单个物体机械能不守恒; (3)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,则系统机械能守恒 4.某一方向分速度相等的问题分析 两物体速度的关联实质:沿绳(或沿杆)方向的分速度大小相等。 考向1　速度关联的连接体问题 典例3　如图所示,A物体用板托着,离地高度h=8.0 m,轻质细绳通过光滑定滑轮与A、B相连,绳子处于绷直状态。已知A物体质量M=6.0 kg,B物体质量m=4.0 kg,现将板抽走,A将拉动B上升,设A着地后不反弹, B上升过程中不会碰到定滑轮,g取10 m/s2。求: (1)A着地时,B的速度大小; (2)B物体在上升过程中离地面的最大高度。 答案 (1)4 m/s　(2)9.6 m 考向2　角速度关联的连接体问题 典例4　如图所示,轻杆长L,两端各连接质量为m的小球,杆可绕距B球的轴O在竖直平面内自由转动,轻杆从静止由水平转至竖直方向。重力加速度为g,求: (1)转至竖直方向时杆对A球的作用力大小及方向; (2)此过程中杆对A球所做的功W。 答案 (1)mg,方向指向圆心O　(2)-mgL 考向3　分速度相等的问题 典例5　如图所示,一轻绳通过无摩擦的小定滑轮O与小球B连接,另一端与套在光滑竖直杆上的小物块A连接,杆两端固定且足够长。物块A在某位置由静止释放后,先沿杆向上运动,经过图示位置时物块A的速度大小为vA,小球B的速度大小为vB,轻绳与杆的夹角为θ,则(　　) A.vBcos θ=vA B.运动过程绳的拉力大小始终等于B的重力 C.小球B减小的重力势能等于物块A和小球B增加的动能 D.当物块A上升到与滑轮等高时,它的机械能最大 D 解析 将物块A的速度分解为沿绳子方向和垂直于绳子的方向,在沿绳子方向的分速度等于B的速度,则有vB=vAcos θ,故A错误;物块A在某位置由静止释放后,在B向下运动的过程中,由于vB=vAcos θ,当θ=90°时,则B的速度为0,所以B的速度一定是先增大后减小,可知B先向下加速后向下减速,加速度方向先向下后向上,拉力先小于B的重力后大于B的重力,故B错误;A、B组成的系统机械能守恒,小球B减小的重力势能等于A、B动能的增加量和A重力势能增加量之和,故C错误;除重力以外其他力做的功等于机械能的增量,物块A上升到与滑轮等高前,拉力做正功,A的机械能增加,物块A继续上升,拉力做负功,A的机械能减小,所以A上升到与滑轮等高时,A的机械能最大,故D正确。 考点四　含弹簧类机械能守恒问题 模型 特点 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,而总的机械能守恒 两点 提醒 ①对同一弹簧,弹性势能的大小由弹簧的形变量完全决定,无论弹簧伸长还是压缩; ②物体运动的位移与弹簧的形变量或形变量的变化量有关 典例6　如图所示,竖直固定的光滑直杆上套有一个质量为m的小滑块,一原长为l的轻质弹簧左端固定在O点,右端与滑块相连。直杆上还有b、c、d三个点,b点与O点在同一水平线上且Ob=l,Oa、Oc与Ob的夹角均为37°, Od与Ob的夹角为53°。现将滑块从a点静止释放,在滑块下滑到最低点d的过程中,弹簧始终处于弹性限度内,重力加速度为g, sin 37°=0.6。下列说法正确的是(　　) A.滑块在b点时动量最大 B.滑块从a点到c点的过程中,弹簧弹力的总冲量为零 C.滑块在c点的速度大小为 D.滑块从c点下滑到d点的过程中机械能的减少量为mgl D 解析 从a到b,弹簧对滑块有沿弹簧向下的拉力,滑块的速度不断增大。从b到c,弹簧对滑块有沿弹簧向上的拉力,开始时拉力沿杆向上的分力小于滑块的重力,滑块仍在加速,所以滑块在b点时速度不是最大,动量也不是最大,故A项错误;从a下滑到b点和从b下滑到c点的时间不相等,结合对称性可知弹簧弹力的总冲量不为零,故B项错误;由题意可知,a、c两处弹簧的形变量相同,故滑块从a到c,弹力做功为零,只有重力做功,则有mg·2ltan 37°= ,可得滑块在c点的速度大小为vc=,故C项错误;滑块从c点下滑到d点的过程中,滑块的机械能减少量等于弹簧弹性势能增加量,有ΔE=+mgl(tan 53°-tan 37°),解得ΔE=mgl,故D项正确。 对点演练2　如图所示,轻弹簧一端连接小球,另一端固定于O点,现将球拉到与O点等高处,弹簧处于自然状态,小球由静止释放,轨迹如虚线所示,上述运动过程中(　　) A.小球的机械能守恒 B.小球的重力势能先减小后增大 C.当球到达O点的正下方时,弹簧的弹力最大 D.当球到达O点的正下方时,重力的瞬时功率为0 B $