第6章 4.第3 节 机械能守恒定律及其应用（PPT课件）-【高考突破新方案】2027年高考物理大一轮复习练案

该高中物理高考复习课件聚焦“机械能守恒定律及其应用”专题，依据高考评价体系梳理了机械能守恒的判断、单物体及系统机械能守恒三大核心考点，通过真题分类（如T1、2、6判断类，T4、5单物体类）明确各考点考查权重，归纳选择、计算等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题精析+科学思维培养”，如以2024北京题解析单物体在竖直圆轨道的临界条件，用2026届江苏扬州题突破系统机械能守恒中弹簧与关联速度问题，培养模型建构与科学推理素养。特设易错点警示（如空气阻力对机械能的影响），帮助学生掌握临界分析技巧，教师可据此精准指导，提升复习效率。

第3节 机械能守恒定律及其应用 返回目录  机械能守恒的判断T1、2、6　     单物体的机械能守恒问题T4、5　     系统的机械能 守恒问题T3、7、8 返回目录 1.★★(2024浙江1月,3,3分)如图所示,质量为m的足球从水平地面上位置1被踢出后落 在位置3,在空中达到最高点2的高度为h,则足球 ( )   A.从1到2动能减少mgh B.从1到2重力势能增加mgh C.从2到3动能增加mgh D.从2到3机械能不变 　    B　     高考真题 返回目录 解析　假设不受空气阻力,斜抛运动在最高点位置左边的斜抛上升阶段的轨迹和其右 侧平抛运动的轨迹具有对称性,图中显示并不对称,则空气阻力不可忽略,所以从2到3阶 段,机械能不守恒,D错误;从2到3阶段,由于受空气阻力且不知道空气阻力做功的大小, 所以无法求解合外力做的功,无法计算动能变化量,C错误;同理,从1到2阶段,不知道空 气阻力做功的大小,无法计算动能变化量,A错误;从1到2阶段,重力做负功,WG=-mgh,所 以重力势能增加了mgh,B正确。 返回目录 2.★★(多选)(2023重庆,8,5分)某实验小组测得在竖直方向飞行的无人机飞行高度y随 时间t的变化曲线如图所示,E、F、M、N为曲线上的点,EF、MN段可视为两段直线,其 方程分别为y=4t-26和y=-2t+140。无人机及其装载物的总质量为2 kg,取竖直向上为正 方向。则 ( )   　    AB　     A.EF段无人机的速度大小为4 m/s B.FM段无人机内的装载物处于失重状态 C.FM段无人机和装载物总动量变化量的大小为4 kg·m/s D.MN段无人机机械能守恒 返回目录 解析　根据EF段方程y=4t-26可知EF段无人机的速度大小v= =4 m/s,A正确。根据y-t 图线的切线斜率表示无人机的速度,可知FM段无人机先向上做减速运动,后向下做加 速运动,加速度方向一直向下,则无人机内的装载物处于失重状态,B正确。根据MN段 方程y=-2t+140,可知MN段无人机的速度v'= =-2 m/s,则有Δp=mv'-mv=2×(-2) kg·m/s-2× 4 kg·m/s=-12 kg·m/s,可知FM段无人机和装载物总动量变化量大小为12 kg·m/s,C错误。 MN段无人机向下做匀速直线运动,动能不变,重力势能减少,故无人机的机械能减少,D 错误。 返回目录 3.★★(2024北京,7,3分)如图所示,光滑水平轨道AB与竖直面内的光滑半圆形轨道BC在 B点平滑连接。一小物体将轻弹簧压缩至A点后由静止释放,物体脱离弹簧后进入半圆 形轨道,恰好能够到达最高点C。下列说法正确的是     ( ) A.物体在C点所受合力为零 B.物体在C点的速度为零 C.物体在C点的向心加速度等于重力加速度 D.物体在A点时弹簧的弹性势能等于物体在C点的动能 　    C　     返回目录 解析     选项 依据 分析运算 判定 ABC 物体沿竖直光滑圆形轨道 内侧运动,恰好能到达最高 点C:在C点物体与轨道之 间的弹力为零 物体在最高点仅受重力,重 力提供物体做圆周运动的 向心力:mg=ma= ,可得a =g、v>0 A、B错误,C正确 D 轨道光滑,整个过程中只有 重力与弹簧弹力做功,系统 机械能守恒 物体在A点时弹簧的弹性 势能等于在C点时物体的 动能与增加的重力势能之 和 D错误 返回目录 4.★★★(2024全国甲,17,6分)如图,一光滑大圆环固定在竖直平面内,质量为m的小环套 在大圆环上,小环从静止开始由大圆环顶端经Q点自由下滑至其底部,Q为竖直线与大 圆环的切点。则小环下滑过程中对大圆环的作用力大小 ( )   A.在Q点最大　　　    B.在Q点最小 C.先减小后增大　　　    D.先增大后减小 　    C　     返回目录 解析　如图所示,设大圆环半径为R,最高点为M点,最低点为N点,P为小环运动过程中的 点。小环从M到P由机械能守恒定律可得mgR(1-cos θ)= mv2,在P点由牛顿第二定律可 得mg cos θ-FNP=m ,联立可得FNP=3mg cos θ-2mg;小环由M点运动到N点,θ由0°变到180°, cos θ由1减小到-1,当cos θ=-1时,FNP=-5mg,即大圆环对小环的作用力大小等于5mg,方 向指向圆心,此时小环对大圆环的作用力最大,A错误。当cos θ= 时,FNP=0,所以小环在 Q点对大圆环的作用力不是最小,B错误。小环由M点运动到N点,大圆环对小环的作用 力先背离圆心逐渐减小,当cos θ= 时,此作用力减到零,之后,大圆环对小环的作用力指 向圆心且逐渐增大,C正确,D错误。 返回目录 5.★★(2025黑吉辽蒙,13,10分)如图,一雪块从倾角θ=37°的屋顶上的O点由静止开始下 滑,滑到A点后离开屋顶。O、A间距离x=2.5 m,A点距地面的高度h=1.95 m,雪块与屋顶 的动摩擦因数μ=0.125。不计空气阻力,雪块质量不变,取sin 37°=0.6,重力加速度大小g= 10 m/s2。求: (1)雪块从A点离开屋顶时的速度大小v0; (2)雪块落地时的速度大小v1,及其速度方向与水平方向的夹角α。   返回目录 答案 (1)5 m/s    (2)8 m/s    60° 解析    (1)雪块在屋顶从静止开始做匀加速直线运动,根据牛顿第二定律得mg sin θ-μmg cos θ=ma,又 =2ax,联立解得v0=5 m/s (2)雪块从A点离开屋顶后做斜抛运动,由机械能守恒定律得mgh= m - m ,代入数据 解得v1=8 m/s,雪块在做斜抛运动过程中,水平分速度不变,则v1 cos α=v0 cos θ,解得α=60° 返回目录 思路点拨 本题求雪块落地时与水平方向的夹角,可以巧妙地在已求得初、末速度的情况下,运用 斜抛运动初、末速度的水平分速度相等这一特点来列等式。 返回目录 6.★★(2026届天津武清杨村一中开学考)高空“蹦极”是勇敢者的游戏。蹦极运动员 将专用弹性橡皮绳(质量忽略不计)的一端系在双脚上,另一端固定在高处的跳台上,运 动员无初速度地从跳台上落下。若不计空气阻力,则 ( ) A.弹性绳刚伸直时,运动员开始减速 B.整个下落过程中,运动员的机械能保持不变 C.整个下落过程中,重力对运动员所做的功等于运动员克服弹性绳弹力所做的功 D.弹性绳从伸直到最低点的过程中,运动员的重力势能与弹性绳的弹性势能之和先增 大后减小 　    C　     高考模拟 返回目录 解析　弹性绳刚伸直时,弹力为零,运动员加速度向下,继续加速运动,A错误。当弹性绳 伸直后,弹性绳会对运动员做功,运动员的机械能不守恒,B错误。整个下落过程中,根据 动能定理可知合力做功为零,即重力对运动员所做的功等于运动员克服弹性绳弹力所 做的功,C正确。弹性绳从伸直到最低点的过程中,运动员的速度先增大后减小,即动能 先增大后减小;运动员与弹性绳组成的系统机械能守恒,故运动员的重力势能与弹性绳 的弹性势能之和先减小后增大,D错误。 返回目录 7.★★★(2026届江苏扬州新华中学月考)如图所示,光滑斜面固定在水平地面上,质量 相等的物块A、B通过一根不可伸长的轻绳跨过光滑定滑轮连接,一轻质弹簧下端固定 在斜面底端,另一端连接在A上。开始时B被托住,轻绳伸直但没有弹力。现使B由静止 释放,在B运动至最低点的过程中(设B未落地,A未与定滑轮相碰,弹簧始终在弹性限度 内) ( ) A.A和B总的重力势能先增大后减小 B.轻绳拉力对A做的功等于A机械能的增加量 C.当A受到的合力为零时,A的速度最大 D.当A和B的速度最大时,A和B的总机械能最大 　    C　     返回目录 解析　在B运动至最低点的过程中,设B下降的高度为h,斜面倾角为θ,A和B总的重力做 功WG=mgh-mgh sin θ>0,可得A和B总的重力势能一直减小【另解:B重力势能的减少量 大于A重力势能的增加量,故A和B整体的重力势能一直减小】,A错误。在B运动至最低 点的过程中,弹簧先处于压缩状态后处于拉伸状态,轻绳对A做的功与弹簧对A做的功的 代数和等于A的机械能的变化量,B错误。A先沿斜面向上做加速度减小的加速运动,后 做加速度增大的减速运动,当A受到的合力为零时,A的速度最大,C正确。当弹簧处于原 长时,弹簧的弹性势能最小,A和B的总机械能最大;当A、B所受合力为0时,A和B的速度 最大;此时mg=mg sin θ+Fk,弹簧处于伸长状态,A和B的总机械能并不是最大,D错误。 返回目录 8.★★★(2026届四川绵阳丰谷中学开学考)如图所示,左侧竖直墙面上固定半径为0.3 m的光滑半圆环,右侧竖直墙面上与圆环的圆心O等高处固定一水平光滑直杆。质量为 2 kg的小球a套在半圆环上,质量为2 kg的小球b套在直杆上,两者之间用长为L=0.4 m的 轻杆通过两铰链连接。现将a从圆环的最高处静止释放,让其沿圆环自由下滑,不计一 切摩擦,a、b均视为质点,g取10 m/s2,则以下说法正确的是 ( ) A.小球a滑到与圆心O等高的P点时,a的速度大小为  m/s B.小球a滑到与圆心O等高的P点时,a的向心加速度为10 m/s2 C.小球a从P点下滑至杆与圆环相切的Q点(图中未画出)过程中, a、b及轻杆组成的系统机械能、动量均守恒 D.小球a从P点下滑至杆与圆环相切的Q点(图中未画出)的过程中,小球a克服杆的作用 力做的功约为6.59 J 　    D　     返回目录 解题导引　如图所示,a由最高处滑到P点过程中,根据关联速度可得va cos β=vb cos α;小 球a从P点下滑至杆与圆环相切的Q点时,根据关联速度可得v'a=v'b cos θ。   返回目录 解析　当a滑到与O等高的P点时,va cos  =vb cos 0°,可得vb=0,a由最高处滑到P点,根据 系统机械能守恒可得magR= ma ,即va= =  m/s,a的向心加速度an= =20 m/s2, A、B错误。小球a从P点下滑至杆与圆环相切的Q点过程中,a、b及轻杆组成的系统 只有重力对其做功,a、b及轻杆组成的系统机械能守恒;b球竖直方向的分速度为零,a球 竖直方向的分速度不断发生变化,故a、b及轻杆组成的系统动量不守恒,C错误。a下滑 至Q点时,轻杆与圆环相切,根据关联速度可得v'a=v'b cos θ,由几何关系可得cos θ=  =0.8;a从P点下滑至轻杆与圆环相切的Q点的过程,对a、b及轻杆,根据机械能 守恒可得magR cos θ= mav' + mbv' - ma ,对a,根据动能定理可得magR cos θ+W=  mav' - ma ,联立可得W≈-6.59 J,故a克服杆的作用力做的功约为6.59 J,D正确。 返回目录  运用机械能守恒解决不同方案下的“火箭发射”问题 (2025届山东德州三模)如图所示,某实验小组用轻质压缩弹簧代替推进剂,来研究火箭 单级推进与多级推进。火箭的总质量为m,重力加速度为g,弹簧始终处于弹性限度内, 火箭始终在竖直方向上运动,不计空气阻力。方案一:将两根相同的轻弹簧并排放置在 火箭底部(不连接),模拟火箭的单级推进,将两根弹簧进行同样的压缩,释放后火箭在极 短时间内获得速度(此过程忽略重力的影响),此后上升的最大高度为h。方案二:将火箭 分为质量相等的两级,将方案一中的两根轻弹簧分别放置在两级火箭的底部(均不连 接),将两级火箭上下叠放,并使两根轻弹簧分别压缩与方案一相同长度,以此模拟火箭 的二级推进过程。实验时,先释放一级火箭底部的弹簧进行一级推进,使两级火箭迅速 创新风向·挑战思维 返回目录 A.两个方案中,火箭的机械能守恒 B.方案二中,一级推进完成瞬间,火箭速度的大小为  C.方案二中,二级火箭上升的最大高度为2h D.方案一中,压缩的单根弹簧储存的弹性势能为mgh 获得一共同速度,一级推进完成瞬间立即自动释放两级之间的弹簧进行二级推进,推进 过程忽略重力影响。下列说法正确的是 ( ) 　    C　     返回目录 解析　两个方案中,弹簧的弹性势能转化为火箭的机械能,火箭的机械能增加,A错误。 设压缩的单根弹簧储存的弹性势能为Ep,方案一中,根据弹簧和火箭组成的系统机械能 守恒可得2Ep=mgh,解得Ep= mgh,D错误。方案二中,一级推进完成瞬间,设火箭的速度 大小为v1,根据弹簧和火箭组成的系统机械能守恒可得Ep= m ,联立解得v1= ,B错 误;设二级推进完成瞬间,一级火箭和二级火箭的速度分别为v2和v3,由系统动量守恒和 机械能守恒可得mv1= mv2+ mv3、 m +Ep= × m + × m ,联立解得v2=0,v3=2 ; 设二级火箭上升的最大高度为h',二级推进完成后,根据二级火箭机械能守恒可得 · m  = mgh',解得h'=2h,C正确。 返回目录 $