第28讲 机械能守恒定律及应用（专项训练）（湖南专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

**基本信息** 聚焦机械能守恒定律应用，按“守恒判断-单体-多体”递进设计，结合生活情景与高考真题，系统覆盖基础到重难，强化能量观念与模型建构。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础演练|3题型（判断/单体/多体）|判断类考查守恒条件，单体涉及平抛/圆周运动，多体含连接体/弹簧系统|从守恒条件判断到单体能量转化，再到多体系统分析，形成“条件-应用-拓展”逻辑链| |重难创新|4题（机器人/电梯/滑雪等）|结合生活情景，考查复杂系统能量转化与临界问题|通过真实场景建构物理模型，深化科学推理与质疑创新| |真题实战|6题（近3年高考题）|覆盖高考高频考点，如圆周运动最高点速度、碰撞能量转化|对接高考命题趋势，强化科学论证与解题规范性|

第28讲 机械能守恒定律及应用（专项训练） 目 录 模拟·基础演练 1 题型01 机械能守恒的判断 1 题型02 单体机械能守恒 5 题型03 多体机械能守恒 6 重难·创新演练 10 真题·实战演练 13 模拟·基础演练 考查重点：机械能守恒的应用 ⏳题型01 机械能守恒的判断 1.（2026·湖南邵阳·一模）如图，光滑斜面固定在水平面上，一轻质弹簧下端与固定在斜面底端的挡板连接，弹簧处于原长时上端位于点。一物块在斜面上点上方某位置由静止释放，将弹簧上端压缩至最低点（弹簧在弹性限度内），下列说法正确的是（　　） A．物块不能回到刚释放时的位置 B．在接触弹簧前的过程中，物块的机械能守恒 C．物块从点运动到点的过程中，物块与弹簧组成的系统机械能守恒 D．物块从点运动到点的过程中，其动能一直减小 【答案】BC 【详解】A．根据机械能守恒定律，物块能回到刚释放时的位置，A错误； B．在接触弹簧前的过程中，只有重力对物块做功，物块的机械能守恒，B正确； C． 物块从P点运动到Q点的过程中，物块与弹簧组成的系统只有重力和弹簧的弹力做功，系统机械能守恒，C正确； D．物块从P点运动到Q点的过程中，物块先加速后减速，其动能先增大后减小，故D错误。 故选BC。 2．（2025·湖南永州·一模）（2026·山东济宁·二模）如图所示，竖直平面内的圆弧是无人机以恒定速率在空中表演的部分运动轨迹，其中点与圆心等高。无人机运动过程中只受重力、驱动力、大小恒定且与速度方向始终相反的阻力作用。在无人机从运动到的过程中，下列说法正确的是（　　） A．机械能守恒 B．合外力做正功 C．重力的功率不变 D．驱动力的功率减小 【答案】D 【详解】A．匀速运动四分之一圆周，动能不变，重力势能增加，故机械能一直增加，即机械能不守恒，故A错误； B．在无人机从运动到的过程中，速率不变，即无人机的动能不变，根据动能定理可知，合外力做功为0，故B错误； C．无人机在竖直方向的速度不断减小，根据功率，可知重力功率一直减小，故C错误； D．无人机以恒定速率飞行，所以无人机受到的合力始终指向圆心，与无人机速度垂直，即合力的功率为0，由题意可知无人机在竖直方向的分速度不断减小，所以重力的功率不断减小且为负，由于阻力与速度方向始终相反且大小恒定，所以阻力的功率不变且为负，由题意可知重力的功率、阻力功率与驱动力功率之和为0，所以驱动力的功率减小且为正，故D正确。 故选D。 3.（2026·云南昆明·模拟预测）昆明初夏，蓝花楹从4月中旬开始盛开，形成了“满城紫雾”的景观，如图所示。某游客打卡拍照时，发现拇指大小的花瓣从离水平地面约高的树枝静止开始竖直下落，约落到地面。花瓣下落过程中，下列说法正确的是（    ） A．机械能守恒 B．做自由落体运动 C．始终处于完全失重状态 D．花瓣减少的重力势能大于其增加的动能 【答案】D 【详解】A．花瓣下落的过程中，若不受空气阻力，则由 解得花瓣下落到地面所需的时间为 说明花瓣下落的过程中，受空气阻力，阻力做负功，机械能减小，因此机械能不守恒，故A错误； B．自由落体运动为初速度为零，加速度为的运动，由选项A分析可知，该运动不符合自由落体的规律，故B错误； C．完全失重的条件是加速度大小等于，由于花瓣受空气阻力，加速度小于，不是完全失重，故C错误； D．根据能量守恒，花瓣减少的重力势能，一部分转化为动能，另一部分克服空气阻力做功转化为内能，因此花瓣减少的重力势能大于其增加的动能，故D正确。 故选D。 4.（2026·河北沧州·三模）2026年全国田径投掷项群赛中，江苏队选手赵杰以77米61的成绩夺得女子链球冠军，刷新个人最好成绩。链球被抛出后可视为斜抛运动，忽略空气阻力，下列说法正确的是（     ） A．链球在空中运动的时间仅与链球抛出点的高度有关 B．链球在空中运动的水平位移仅与抛出时初速度的大小有关 C．链球落地时的瞬时速度方向仅与抛出时的初速度方向有关 D．链球落地时的瞬时速度大小仅与抛出时的初速度大小和抛出时的高度有关 【答案】D 【详解】A．链球被抛出后可视为斜抛运动，链球初速度与水平方向的夹角为，链球在竖直方向上做竖直上抛运动，根据 可得运动时间不仅与抛出点高度有关，还与初速度大小、抛射角有关，故A错误； B．链球在水平方向上做匀速直线运动，根据 可得水平位移与与抛出点高度、初速度大小、抛射角有关，故B错误； C．链球落地时的瞬时速度方向与水平方向的夹角为，有 可得落地时的瞬时速度方向与抛出时的速度大小、方向、时间即高度有关，故C错误； D．根据能量守恒，有 链球落地时的瞬时速度大小仅与抛出时的初速度大小和抛出时的高度有关，故D正确。 故选D。 ⏳题型02 单物体的机械能守恒 5．（2026·湖南常德·一模）如图所示，一小球从某高度以一定的初速度水平抛出，然后无碰撞地落到光滑固定斜面上并继续运动到斜面底端，规定斜面底端所在的平面重力势能为零，不计空气阻力，在整个运动过程中，小球的水平分速度随时间t、竖直分速度随时间t、重力势能随下降的高度h、动能随下降的高度h的变化关系正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】A．在平抛运动阶段，小球在水平方向做匀速直线运动，保持不变，则图像是一条水平直线。 小球无碰撞地落到斜面上，则小球落到斜面上时，速度方向沿斜面向下。 之后小球沿斜面向下做匀加速直线运动，可分解为水平方向和竖直方向的匀加速直线运动。 随时间均匀增大，因此图像是斜率为正的倾斜直线，故A错误； B．在平抛运动阶段，小球在竖直方向做自由落体运动，则图像是过原点、斜率为的倾斜直线。 在斜面上运动阶段，小球的加速度在竖直方向的分量小于重力加速度，因此图像是斜率更小的倾斜直线，故B错误； C．无论是平抛运动阶段还是在斜面上运动阶段，小球重力势能的变化量始终为。 可知重力势能随下降高度的增大线性减小，且在斜面底端时重力势能为0，因此图像是斜率为的直线，故C正确； D．由机械能守恒定律可知，动能和重力势能的和为一定值。 则动能随下降的高度的增大线性增大，但小球的初动能不为0，因此图像是不过原点、斜率为的直线，故D错误。 故选C。 6.（2026·广东佛山·二模）2026年冬奥会，我国运动员在自由式滑雪空中技巧赛中夺得男、女单项金牌。该项目场地示意图如图所示，ac和fg段为斜面，cde为圆弧（d为圆弧最低点，O为其圆心），运动员从斜面ac上某处无初速滑下，进入圆弧后从e点滑出，最终落在斜面fg上。h为空中运动过程的最高点，m、n点分别与e，d点等高。若忽略运动过程所有阻力，将运动员视为质点，则下列说法正确的是（　　） A．运动员经过e、m两点时速度相同 B．若运动员从与O点等高的b点出发，则h点与O点等高 C．运动员在de段运动的时间一定比在m、n两点间运动时间长 D．运动员在斜面fg上着地时，其速度方向有可能与水平地面垂直 【答案】C 【详解】A．根据斜上抛运动的特点可知，运动员经过e、m两点时速度大小相等，方向不同，故A错误； B．若运动员从与O点等高的b点出发，由于运动员到达最高点时速度方向水平向右，根据机械能守恒定律可知，则h点应低于O点，故B错误； C．根据机械能守恒定律可知，逆向看运动员在ed段和mn段相同高度处速度大小相等，在ed段水平方向速度不断增大，mn段水平速度不变，所以ed段的竖直速度均小于mn段相同高度处的竖直速度，即竖直方向上de段的平均速度较小，由于竖直方向上位移大小相等，所以运动员在de段运动的时间一定比在m、n两点间运动时间长，故C正确； D．运动员离开轨道后做斜上抛运动，由于水平方向为匀速直线运动，所以随着时间增大，速度方向与水平方向的夹角不断增大，但不会达到90°，即运动员在斜面fg上着地时，其速度方向不可能与水平地面垂直，故D错误。 故选C。 7.（2026·山西·二模）（多选）弹珠游戏的模型示意图如图所示，平面游戏面板与水平面成θ=30°角固定放置，面板右侧的直管道与半径为R=0.1m的细圆管轨道平滑连接，两者固定在面板上。圆管轨道的圆心为，顶端切线水平。玩家用外力压缩面板底部连接的小弹簧，将弹簧顶端的小弹珠（可视为质点）从面板底端弹出。弹珠和面板左侧挡板碰撞后，沿挡板方向速度不变，垂直于挡板方向速度大小不变、方向反向。已知弹珠质量m=100g，直管道长度l=0.4m，中奖区域AB长度为d=0.5m，其等分为五个中奖区域。不计所有摩擦和阻力，重力加速度g取10m/s2。现让弹珠从圆管轨道顶端以速度v=0.5m/s水平飞出，下列说法正确的是（　　） A．弹珠对轨道的压力大小为0.25N，方向沿面板平面向上 B．若弹珠恰好直接落在中奖区域AB的中点（三等奖），则弹簧初始弹性势能为 C．玩家要想获得一等奖，弹簧初始的弹性势能一定为 D．玩家要想获得一等奖，弹簧初始的弹性势能可能为 【答案】BD 【详解】A．在圆管轨道顶端，根据牛顿第二定律可得 解得 方向沿面板平面向上，根据牛顿第三定律，弹珠对轨道的压力为0.25N，方向沿斜面向下，故A错误； B．若弹珠恰好直接落在中奖区域AB的中点（三等奖），则， 联立解得 所以弹簧初始弹性势能为，故B正确； CD．根据能量守恒可得 对类平抛运动有， 联立可得 玩家获得一等奖时应满足或或 所以或或，故C错误，D正确。 故选BD。 8.（2026·湖南郴州·一模）如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的光滑半圆形导轨在B点平滑相接，导轨半径为。一个可视为质点的物体质量为，将弹簧压缩至A点后静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右速度后脱离弹簧，之后滑上半圆形导轨，运动到D点时恰好脱离轨道，已知O、D连线和竖直方向O、C连线夹角为，g取，下列说法中正确的是（　　） A．小球在D点时的速度为 B．弹簧释放出来的弹性势能大小为100J C．D点到物体落地点的水平距离为 D．为使物体能从C点飞出，物体到达B处时速度至少为10m/s 【答案】C 【详解】A．运动到D点时恰好脱离轨道，根据牛顿第二定律，有 解得，故A错误； B．从A到D，根据能量守恒，有 解得弹簧释放出来的弹性势能大小为，故B错误； C．在D点将速度分解，在竖直方向，有 在水平方向，有 竖直向上运动的时间为 竖直向上运动的高度为 从最高点到水平面的高度为 从最高点落到地面的时间为 D点到物体落地点的水平距离为，故C正确； D．从B到C，根据动能定理，有 为使物体能从C点飞出，则有 联立解得物体到达B处时速度至少为，故D错误。 故选C。 9（2026·湖南省岳阳市高三二模）如图所示，竖直面内的光滑轨道ABCD，AB段为曲面，BC段水平，CD段是半径的半圆形轨道，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，重力加速度g取，求： (1)小球运动到B点时的速度大小； (2)小球运动到D点时轨道对小球的弹力大小； (3)C、E两点的距离x。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）根据题意，小球从到的过程中，由机械能守恒定律有 解得 （2）根据题意，小球从到的过程中，由机械能守恒定律有 解得 在点，由牛顿第二定律有 解得 （3）小球从点飞出后做平抛运动，飞行时间为 C、E两点的距离 ⏳题型03 多物体的机械能守恒 10（2026·湖南长沙·模拟预测）如图所示，粗细均匀的光滑直杆AB、BC固定在竖直面内，AB杆水平，两杆夹角为37°，质量均为m的小球a、b分别套在AB、BC杆上，两球用长为L的细线连接，锁定两球，细线刚好伸直且与BC杆垂直，重力加速度为g，sin37°=0.6，不计球的大小，同时解除两球的锁定，则在小球a向右运动过程中，下列说法正确的是（　　） A．解除锁定的一瞬间，小球b的加速度大小为0.8g B．小球b向下运动过程中机械能一直减小 C．当小球a运动到最右端时，小球b运动到最低点 D．小球a运动过程中最大速度大小为 【答案】BD 【详解】A．解除锁定的一瞬间，小球b的加速度大小为，故A错误； B．当细线与AB垂直时，小球a的速度最大，这时小球b到达最低点，此过程小球a的机械能一直增大，则小球b的机械能一直减小，故B正确； C．当小球a运动到最右端时，速度为零，根据系统机械能守恒可知，小球b刚好回到最初位置，故C错误； D．当小球a速度最大时，小球b下降的高度 此时小球b的速度为零，根据系统机械能守恒可得 联立解得小球a的最大速度为，故D正确。 故选BD。 11．（2026·湖南·一模）一光滑的半圆形支架固定于竖直平面内，半圆的半径为R，圆心为O，AB为直径，AB在竖直方向上，圆弧上穿一小球，小球可沿圆弧滑动，两根完全相同的橡皮筋一端固定在小球上，另一端分别固定在A、B两点，橡皮筋的原长为R，橡皮筋的弹力遵循胡克定律，劲度系数为k，橡皮筋具有的弹性势能为（k为橡皮筋的劲度系数，x为橡皮筋的形变量），初始时小球锁定在P点，已知，某一时刻解除锁定，小球沿圆弧运动到Q点，。下列说法正确的是（　　） A．小球在沿圆弧从P点运动到Q点过程中，小球的机械能守恒 B．小球在沿圆弧从P点运动到Q点过程中，两橡皮筋弹性势能之和最小为 C．小球运动到Q点的速度大小为 D．若小球运动到Q点时速度恰好达最大值，则小球的质量为 【答案】BC 【详解】AC．根据几何关系可知小球在、两点时，两根橡皮筋的长度恰好互换，即在、两点两根橡皮筋的弹性势能之和相等，但在过程中，小球的机械能不守恒，对小球在、两点，根据机械能守恒定律 解得，故A错误，C正确； B．设小球所在位置与A连线和竖直方向夹角为，根据几何关系，两橡皮筋长度分别为、 形变量分别为、 两橡皮筋弹性势能之和 联立可得 可知当时，两橡皮筋弹性势能之和最小为，故B正确； D．若小球运动到Q点时速度恰好达最大值，根据几何关系可知下面的橡皮筋恢复原长，沿着运动轨迹切线方向的合力为零，对小球进行受力分析，沿切线方向有 解得，故D错误。 故选BC。 12．（2026·湖南常德·一模）如图所示，物块A、B通过一轻弹簧相连，竖直放置在水平地面上，B通过一根跨过定滑轮的轻绳与固定在轻杆一端的小球相连，轻杆另一端固定在O点，O点与定滑轮等高。初始时轻杆沿水平方向，轻绳恰好伸直且无张力，图中水平部分绳长，轻杆长。现将小球由静止释放，当小球运动到最低点时，物块A恰好离开地面。已知A、B和小球均可视为质点，A、B质量均为，小球质量为，运动过程中弹簧始终在弹性限度内，物块B没有碰到定滑轮，重力加速度，忽略一切阻力。以下说法正确的是（　　） A．运动过程中A、B和小球组成的系统机械能守恒 B．轻弹簧劲度系数 C．小球运动到最低点时的速度大小为 D．当小球下落高度为时物块B和小球的速度大小相等 【答案】BD 【详解】A．运动过程中A、B和小球及弹簧组成的系统机械能守恒，A错误； B．分析初态时B受力情况，B受重力、弹簧弹力二力平衡 分析末态时A受力情况，A受重力、弹簧弹力二力平衡 由图中的几何关系可知 解得，，B正确； C．系统机械能守恒，初末态时弹簧的形变量相同，弹性势能相同，根据机械能守恒 根据关联速度关系 解得，C错误； D．小球下落过程中，当绳与杆垂直（图中的N点）时，小球速度方向与绳相同，此时物块B和小球的速度大小相等 设到N点时，小球下落的高度为，由图中的几何关系可知 解得，D正确。 故选BD。 13.（2026·江苏徐州·模拟预测）如图所示，质量相等的物块A、B，用轻弹簧连接，静置在倾角光滑斜面上，轻绳绕过固定轻滑轮分别连接物块B、C。初始时托住C使轻绳恰好伸直且无张力，静止释放C，当C速度刚减为0时，A恰好脱离挡板。不计空气阻力和滑轮摩擦，在C下落的过程中（未触地），下列说法正确的是（     ） A．物块C和A、B的质量相等 B．物块C的机械能一直增大 C．物块B的加速度先增大后减小 D．轻绳上的拉力一直增大 【答案】D 【详解】A．初始时，物块B静止，弹簧处于压缩状态，对B根据平衡条件有 当C速度减为0时，A恰好脱离挡板，此时弹簧处于伸长状态，对A有 因为 所以 B、C和弹簧组成的系统机械能守恒，初末状态动能均为0，弹性势能相等，故重力势能变化量为0，即 解得，故A错误； B．轻绳上的拉力对C一直做负功，所以物块C的机械能一直减小，故B错误； C．对B、C系统，由牛顿第二定律得 初始时弹簧压缩，为正值，随着B向上运动，弹簧恢复原长过程中减小，加速度减小；弹簧伸长后为负值，加速度继续减小后反向增大，故加速度大小先减小后增大，故C错误； D．对物块C，由牛顿第二定律得 即 由于加速度先减小后反向增大，故轻绳上的拉力一直增大，故D正确。 故选D。 14.（2026·山东泰安·三模）（多选）如图所示，、两点位于同一高度，不可伸长的轻质细线的一端系有质量为的物块，另一端绕过处的定滑轮固定在点，质量为的小球固定在细线上点。现将小球从图示水平位置由静止释放，小球运动到点时速度恰好为零（此时物块未到达点），图中为直角三角形，物块和小球均可视为质点，，忽略一切摩擦和空气阻力，重力加速度为，，则下列判断正确的是（　　） A． B． C．小球运动到点时，段绳的拉力大小为 D．小球运动到点时，段绳的拉力大小为 【答案】AD 【详解】A B． 设AD长为3L，根据机械能守恒定律有Mg·2L＝mg·3Lcos 37° 解得,故A正确，B错误； CD．设小球在最低点D时，沿BD方向的加速度大小为a，BD中的拉力为T，根据牛顿第二定律有Mg-T＝Ma，T-mgcos 53°＝ma 解得，故C错误，D正确。 故选AD。 15.（2026·福建福州·模拟预测）（多选）如图，质量均为的小球A、B用一根长为的轻杆相连，竖直放置在光滑水平地面上，质量也为的小球C挨着小球B放置在地面上。扰动轻杆使小球A向左倾倒，小球B、C在同一竖直面内向右运动。当杆与地面有一定夹角时小球B和C分离，已知C球的最大速度为v，小球A落地后不反弹，重力加速度为g。下面说法正确的是（　　） A．球B、C分离前，A、B两球组成的系统机械能逐渐减小 B．球B、C分离时，球B对地面的压力大小为 C．从开始到A球落地的过程中，杆对球B做的功为 D．小球A落地时的动能为 【答案】AD 【详解】A．球B、C分离前前，B一直对C做功，使C动能增加，由于A、B、C组成的整体机械能守恒（地面光滑，只有重力做功），因此A、B组成的系统机械能不断转移给C，逐渐减小，故 A 正确； B．球B、C分离时，对 A、B 两球组成的系统，球A有向下的加速度 对A、B整体竖直方向由牛顿第二定律 可得支持力 ，根据牛顿第三定律，B对地面的压力小于，故 B 错误； D．水平方向总动量始终为0，分离时 可得A水平速度大小 分离后A、B水平动量守恒，总动量向左为 A落地时A、B共速，则 可得，因此B最终动能为，C动能为。 整体机械能守恒，初始重力势能全部转化为三者动能，因此A落地动能 ， D正确； C．从开始到A球落地的过程中，设杆对球B做功为，以BC整体为研究对象，应用动能定理 代入B、C动能值，可得， C错误。 故选AD。 重难·创新演练 设题创新:结合生活情景 娱乐设施和体育运动 1.（2026·浙江·二模）图甲为宇树科技机器人用两只机械手指捏着鸡蛋的照片，简略图如图乙所示。若两手指对鸡蛋的合力为，鸡蛋重力为，下列说法正确的是（　　） A．匀速提起鸡蛋时，手指对鸡蛋的压力大于鸡蛋对手指的弹力 B．匀速提起鸡蛋过程中，鸡蛋机械能守恒 C．若手指捏着鸡蛋水平匀速移动，则 D．若手指捏着鸡蛋水平加速移动，则 【答案】D 【详解】A．手指对鸡蛋的压力与鸡蛋对手指的弹力是一对作用力与反作用力，根据牛顿第三定律，两者大小始终相等，故A错误； B．匀速提起鸡蛋过程中，鸡蛋动能不变，重力势能增加，机械能增加，故B错误； C．若手指捏着鸡蛋水平匀速移动，鸡蛋处于平衡状态，受重力和手指对鸡蛋的合力，由平衡条件可知与大小相等，即，故C错误； D．若手指捏着鸡蛋水平加速移动，鸡蛋在竖直方向受力平衡，手指对鸡蛋的竖直分力 在水平方向由牛顿第二定律可知手指对鸡蛋的水平分力 则手指对鸡蛋的合力 显然，故D正确。 故选D。 2.（2026·广东广州·二模）（多选）如图为某技术小组设计的电梯轿厢保护装置。某次测试中模拟轿厢坠落，当轿厢速度为v时，触发其底部两个安全钳工作，轿厢开始减速，每个安全钳受到轨道的滑动摩擦力大小恒为f。一段时间后，轿厢接触缓冲弹簧，到达最低点时缓冲弹簧的压缩量为x，轿厢停止运动。已知轿厢（含安全钳）的质量为m，重力加速度大小为g，缓冲弹簧始终在弹性限度以内且重力不计，空气阻力可忽略，从触发安全钳工作开始（　　） A．轿厢接触弹簧后，速度先增大后减小 B．到最低点过程轿厢的平均速度大于 C．轿厢接触弹簧前，加速度大小为 D．轿厢到达最低点时，弹簧弹性势能为 【答案】BC 【详解】A．由题中描述可知，触发安全钳之后，在两侧摩擦力的作用下轿厢已经开始减速，也即（该阶段合力恒定，加速度恒定），接触弹簧后，向上的力合力更大，减速的加速度变大，全程都是减速运动，故A错误； B．由A选项分析可知，轿厢图如下实线 若全程匀减速（图中虚线），则平均速度是，显然实际上运动的位移更大，故平均速度大于，故B正确； C．接触弹簧前，轿厢竖直方向上受重力和两侧的滑动摩擦，由牛顿第二定律可得，故C正确； D．设接触弹簧前还需下落h，下落过程中能量守恒，减少的重力势能和动能，转化成了弹簧的弹性势能和摩擦热，则有 解得弹性势能，故D错误。 故选BC。 3.（2026·宁夏银川·模拟预测）（多选）单板滑雪大跳台主要由助滑道，圆弧形起跳台和着陆坡组成，起跳台的半径为20米，起跳方向与水平方向成30°角，如图所示为简化示意图。运动员在助滑道下滑后在起跳台起跳，在空中做抛体运动后落在着陆坡上。图中虚线为苏翊鸣在某次比赛中起跳后的运动轨迹，a点为起跳点，b点为轨迹最高点，c点为落在坡上的着陆点。苏翊鸣的质量为50 kg，不计一切阻力，，则下列说法正确的是（    ） A．若苏翊鸣起跳时，则ab段水平距离为 B．若苏翊鸣起跳时，则苏翊鸣在最低点对起跳台压力为 C．苏翊鸣在ab段运动过程中处于超重状态，在bc段处于失重状态 D．苏翊鸣起跳后重力的功率不断地减小 【答案】AB 【详解】A．若苏翊鸣起跳时，速度的水平分量为，速度的竖直分量为，到达b点的时间为 ab段水平距离为，故A正确； B．若苏翊鸣起跳时，从最低点到a点，根据机械能守恒有 在最低点有 解得 根据牛顿第三定律可得苏翊鸣在最低点对起跳台压力为，故B正确； C．苏翊鸣在ab段、bc段运动过程中只受重力，可知均处于完全失重状态，故C错误； D．苏翊鸣起跳后，做斜抛运动，竖直方向的速度先减小后增大，根据重力的功率 可知重力的功率先减小后增大，故D错误。 故选AB。 4.（2026·北京朝阳·二模）模型的修正和完善伴随着我们对物理本质更深入的认识。某学习小组对过山车的运动进行了深入研究。已知重力加速度为g，不计摩擦及空气阻力。 (1)先将过山车用可视为质点的小球来替代。 a．图甲所示的装置由两段可视为竖直平面内的倾斜直轨道与一半径为R的圆轨道顺接组成，在圆轨道最低点处的两侧稍微错开一小段距离，且分别与左右两侧的斜直轨道平滑相接。将一小球从左侧倾斜直轨道上某位置由静止释放，小球恰好能通过圆轨道最高点，求小球在圆轨道最高点的速度大小v1； b．实际的过山车竖直回环轨道不是正圆，而是设计成图乙所示的扁轨道，可将其简化为图丙所示的轨道。研究一般的曲线运动时，我们可将运动过程分割为许多很短的小段，每小段的运动均可看作是圆周运动的一部分。若轨道承压足够大，请比较小球从同一位置P由静止释放，分别沿扁轨道、正圆轨道到达最高点Q时轨道对其压力的大小关系，并说明这种设计的优点。 (2)实际的过山车并不能视为质点。如图丁所示，一列长为L、质量为M的玩具过山车，在无动力情况下，从水平轨道冲上半径为r的竖直圆轨道。已知L>2πr，不计过山车自身高度及相邻车体间碰撞。在车体始终布满轨道的一段时间内，过山车的速率保持不变，请在该段时间内分析下列问题： a．推导最高点处车体之间的拉力大小； b．取轨道最高点处的一小段长度为s的车体为研究对象。若此时左、右侧车体对其拉力大小可视为相等，且两力的合力大小为a问中拉力的倍，求该小段车体通过最高点时的最小速度vm。 【答案】(1)a．；b．见解析 (2)a．见解析；b． 【详解】（1）a．小球恰好能通过圆轨道最高点，说明在最高点轨道对小球的弹力为零，重力完全提供向心力。根据牛顿第二定律有 解得 b．小球从同一位置P由静止释放，根据机械能守恒定律，到达最高点Q时，重力势能变化量相同，故动能变化量相同，到达Q点的速度大小相等。在最高点Q，根据牛顿第二定律有 得 由图丙可知，扁轨道在最高点Q处的曲率半径小于正圆轨道的半径，因为相同，所以，即沿扁轨道到达最高点时轨道对小球的压力较大。这种设计的优点是可以提高安全性。 （2）由于过山车速率保持不变，且车体始终布满轨道，说明圆轨道部分的重力势能不变，水平轨道部分重力势能也不变，故整体机械能守恒，动能不变。对于水平轨道上的车体，做匀速直线运动且不计摩擦，故水平轨道内车体间张力为零。因此，圆轨道最低点出口处车体间的拉力。取圆轨道上从最低点出口到最高点的一段车体为研究对象，设线密度为。在任意位置（与竖直向下方向夹角）取微元 质量 由于速率不变，切向加速度为零，切向合力为零。从最低点到最高点，重力沿切线方向的分力阻碍运动，拉力需克服重力分量增加。根据平衡条件，得最高点拉力 b．取最高点处长度为的一小段车体，其质量 该小段车体受重力、轨道作用力以及两侧车体的拉力。两侧拉力的合力指向圆心，根据题意及几何关系（小角度近似），合力大小 代入，得 在最高点，根据牛顿第二定律，合外力提供向心力 当车体恰好不脱离轨道时，速度最小，此时。方程变为 即 解得 真题·实战演练 高频考点：机械能守恒定律的应用 1.（2026·湖南卷·高考真题）如图，长为的轻杆竖直放置，上端固定一质量为的小球，下端连接于水平地面上某固定点，杆可绕该点无摩擦转动。小球内部安装了质量不计的智能弹射装置。受轻微扰动后，小球和杆从静止开始一起运动，当两者间弹力为0时，小球脱离轻杆，重力加速度为，不计空气阻力。 (1)求小球接触地面瞬间的速度的大小； (2)求小球接触地面瞬间的速度与水平面夹角的正切值； (3)小球与地面碰撞前后，竖直方向分速度大小相等、方向相反，水平方向分速度相等。碰撞后瞬间，智能弹射装置工作，小球在极短时间内分裂成两部分，两部分速度方向均与小球分裂前瞬间的速度方向成角（已知，且）。设两部分质量之比为，弹射装置释放的能量为。 （i）求与的关系； （ii）当最小时，若分裂后两部分第一次落地时刻相同，求两部分第一次落地点的间距。 【答案】(1)；(2)；(3)（i）；（ii）。 【解析】 （1）根据机械能守恒定律有 解得小球接触地面瞬间的速度的大小 （2）设小球脱离轻杆时，轻杆与竖直方向的夹角为，如图所示 设此时小球的速度为，根据机械能守恒定律 对小球，根据牛顿第二定律 解得， 此时小球水平方向分速度 竖直方向分速度 竖直方向，根据速度位移关系 小球接触地面瞬间的速度与水平面夹角的正切值 联立解得 （3）（i）设其中一部分的质量为，则另一部分质量为，如图所示 根据动量守恒定律有， 弹射装置释放的能量 联立可得 （ii）根据数学知识可知，当时，最小为 即有，， 两小球同时落地，运动时间为 可得 两小球的距离 由可得 联立可得 2.（2025·湖南卷·高考真题）如图，某爆炸能量测量装置由装载台和滑轨等构成，C是可以在滑轨上运动的标准测量件，其规格可以根据测量需求进行调整。滑轨安装在高度为h的水平面上。测量时，将弹药放入装载台圆筒内，两端用物块A和B封装，装载台与滑轨等高。引爆后，假设弹药释放的能量完全转化为A和B的动能。极短时间内B嵌入C中形成组合体D，D与滑轨间的动摩擦因数为。D在滑轨上运动距离后抛出，落地点距抛出点水平距离为，根据可计算出弹药释放的能量。某次测量中，A、B、C质量分别为、、，，整个过程发生在同一竖直平面内，不计空气阻力，重力加速度大小为g。则（　　） A. D的初动能与爆炸后瞬间A的动能相等 B. D的初动能与其落地时的动能相等 C. 弹药释放的能量为 D. 弹药释放的能量为 【答案】BD 【解析】 【详解】A．爆炸后，AB组成的系统动量守恒，即3mv1=mv2 B与C碰撞过程动量守恒mv2=6mv 联立解得v=0.5v1。 爆炸后瞬间A的动能 D的初动能 两者不相等，故A错误； B．D水平滑动过程中摩擦力做功为 做平抛运动过程中重力做的功为 故D从开始运动到落地瞬间合外力做功为0，根据动能定理可知D的初动能与其落地时的动能相等，故B正确； CD．D物块平抛过程有， 联立可得 D水平滑动过程中根据机械能守恒有 化简得 弹药释放的能量完全转化为A和B的动能，则爆炸过程的能量为 故C错误，D正确。 故选BD。 3.（2024·全国甲卷·高考真题）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 【答案】C 【详解】方法一（分析法）：设大圆环半径为，小环在大圆环上某处（点）与圆环的作用力恰好为零，如图所示 设图中夹角为，从大圆环顶端到点过程，根据机械能守恒定律 在点，根据牛顿第二定律 联立解得 从大圆环顶端到点过程，小环速度较小，小环重力沿着大圆环圆心方向的分力大于小环所需的向心力，所以大圆环对小环的弹力背离圆心，不断减小，从点到最低点过程，小环速度变大，小环重力和大圆环对小环的弹力合力提供向心力，所以大圆环对小环的弹力逐渐变大，根据牛顿第三定律可知小环下滑过程中对大圆环的作用力大小先减小后增大。 方法二（数学法）：设大圆环半径为，小环在大圆环上某处时，设该处与圆心的连线与竖直向上的夹角为 ，根据机械能守恒定律 在该处根据牛顿第二定律 联立可得 则大圆环对小环作用力的大小 根据数学知识可知的大小在时最小，结合牛顿第三定律可知小环下滑过程中对大圆环的作用力大小先减小后增大。 故选C。 4．（2024·北京·高考真题）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 【答案】C 【详解】AB．物体恰好能到达最高点C，则物体在最高点只受重力，且重力全部用来提供向心力，设半圆轨道的半径为r，由牛顿第二定律得 解得物体在C点的速度 AB错误； C．由牛顿第二定律得 解得物体在C点的向心加速度 C正确； D．由能量守恒定律知，物体在A点时弹簧的弹性势能等于物体在C点时的动能和重力势能之和，D错误。 故选C。 5．（2024·江苏·高考真题）在水平面上有一个U形滑板A，A的上表面有一个静止的物体B，左侧用轻弹簧连接在物体B的左侧，右侧用一根细绳连接在物体B的右侧，开始时弹簧处于拉伸状态，各表面均光滑，剪断细绳后，则（　　） A．弹簧原长时B动量最大 B．压缩最短时A动能最大 C．系统动量变大 D．系统机械能变大 【答案】A 【详解】对整个系统分析可知合外力为0，A和B组成的系统动量守恒，得 设弹簧的初始弹性势能为，整个系统只有弹簧弹力做功，机械能守恒，当弹簧原长时得 联立得 故可知弹簧原长时物体速度最大，此时动量最大，动能最大。对于系统来说动量一直为零，系统机械能不变。故选A。 6.（2024·浙江·高考真题）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 B．从1到2重力势能增加 C．从2到3动能增加 D．从2到3机械能不变 【答案】B 【详解】AB．由足球的运动轨迹可知，足球在空中运动时一定受到空气阻力作用，则从从1到2重力势能增加，则1到2动能减少量大于，A错误，B正确； CD．从2到3由于空气阻力作用，则机械能减小，重力势能减小mgh，则动能增加小于，选项CD错误。 故选B。 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第28讲 机械能守恒定律及应用（专项训练） 目 录 模拟·基础演练 1 题型01 机械能守恒的判断 1 题型02 单体机械能守恒 5 题型03 多体机械能守恒 6 重难·创新演练 10 真题·实战演练 13 模拟·基础演练 考查重点：机械能守恒的应用 ⏳题型01 机械能守恒的判断 1.（2026·湖南邵阳·一模）如图，光滑斜面固定在水平面上，一轻质弹簧下端与固定在斜面底端的挡板连接，弹簧处于原长时上端位于点。一物块在斜面上点上方某位置由静止释放，将弹簧上端压缩至最低点（弹簧在弹性限度内），下列说法正确的是（　　） A．物块不能回到刚释放时的位置 B．在接触弹簧前的过程中，物块的机械能守恒 C．物块从点运动到点的过程中，物块与弹簧组成的系统机械能守恒 D．物块从点运动到点的过程中，其动能一直减小 2．（2025·湖南永州·一模）（2026·山东济宁·二模）如图所示，竖直平面内的圆弧是无人机以恒定速率在空中表演的部分运动轨迹，其中点与圆心等高。无人机运动过程中只受重力、驱动力、大小恒定且与速度方向始终相反的阻力作用。在无人机从运动到的过程中，下列说法正确的是（　　） A．机械能守恒 B．合外力做正功 C．重力的功率不变 D．驱动力的功率减小 3.（2026·云南昆明·模拟预测）昆明初夏，蓝花楹从4月中旬开始盛开，形成了“满城紫雾”的景观，如图所示。某游客打卡拍照时，发现拇指大小的花瓣从离水平地面约高的树枝静止开始竖直下落，约落到地面。花瓣下落过程中，下列说法正确的是（    ） A．机械能守恒 B．做自由落体运动 C．始终处于完全失重状态 D．花瓣减少的重力势能大于其增加的动能 4.（2026·河北沧州·三模）2026年全国田径投掷项群赛中，江苏队选手赵杰以77米61的成绩夺得女子链球冠军，刷新个人最好成绩。链球被抛出后可视为斜抛运动，忽略空气阻力，下列说法正确的是（     ） A．链球在空中运动的时间仅与链球抛出点的高度有关 B．链球在空中运动的水平位移仅与抛出时初速度的大小有关 C．链球落地时的瞬时速度方向仅与抛出时的初速度方向有关 D．链球落地时的瞬时速度大小仅与抛出时的初速度大小和抛出时的高度有关 ⏳题型02 单物体的机械能守恒 5．（2026·湖南常德·一模）如图所示，一小球从某高度以一定的初速度水平抛出，然后无碰撞地落到光滑固定斜面上并继续运动到斜面底端，规定斜面底端所在的平面重力势能为零，不计空气阻力，在整个运动过程中，小球的水平分速度随时间t、竖直分速度随时间t、重力势能随下降的高度h、动能随下降的高度h的变化关系正确的是（　　） A． B． C． D． 6.（2026·广东佛山·二模）2026年冬奥会，我国运动员在自由式滑雪空中技巧赛中夺得男、女单项金牌。该项目场地示意图如图所示，ac和fg段为斜面，cde为圆弧（d为圆弧最低点，O为其圆心），运动员从斜面ac上某处无初速滑下，进入圆弧后从e点滑出，最终落在斜面fg上。h为空中运动过程的最高点，m、n点分别与e，d点等高。若忽略运动过程所有阻力，将运动员视为质点，则下列说法正确的是（　　） A．运动员经过e、m两点时速度相同 B．若运动员从与O点等高的b点出发，则h点与O点等高 C．运动员在de段运动的时间一定比在m、n两点间运动时间长 D．运动员在斜面fg上着地时，其速度方向有可能与水平地面垂直 7.（2026·山西·二模）（多选）弹珠游戏的模型示意图如图所示，平面游戏面板与水平面成θ=30°角固定放置，面板右侧的直管道与半径为R=0.1m的细圆管轨道平滑连接，两者固定在面板上。圆管轨道的圆心为，顶端切线水平。玩家用外力压缩面板底部连接的小弹簧，将弹簧顶端的小弹珠（可视为质点）从面板底端弹出。弹珠和面板左侧挡板碰撞后，沿挡板方向速度不变，垂直于挡板方向速度大小不变、方向反向。已知弹珠质量m=100g，直管道长度l=0.4m，中奖区域AB长度为d=0.5m，其等分为五个中奖区域。不计所有摩擦和阻力，重力加速度g取10m/s2。现让弹珠从圆管轨道顶端以速度v=0.5m/s水平飞出，下列说法正确的是（　　） A．弹珠对轨道的压力大小为0.25N，方向沿面板平面向上 B．若弹珠恰好直接落在中奖区域AB的中点（三等奖），则弹簧初始弹性势能为 C．玩家要想获得一等奖，弹簧初始的弹性势能一定为 D．玩家要想获得一等奖，弹簧初始的弹性势能可能为 。 8.（2026·湖南郴州·一模）如图所示，光滑水平面AB与竖直面内的光滑半圆形导轨在B点平滑相接，导轨半径为。一个可视为质点的物体质量为，将弹簧压缩至A点后静止释放，在弹力作用下物体获得某一向右速度后脱离弹簧，之后滑上半圆形导轨，运动到D点时恰好脱离轨道，已知O、D连线和竖直方向O、C连线夹角为，g取，下列说法中正确的是（　　） A．小球在D点时的速度为 B．弹簧释放出来的弹性势能大小为100J C．D点到物体落地点的水平距离为 D．为使物体能从C点飞出，物体到达B处时速度至少为10m/s 9（2026·湖南省岳阳市高三二模）如图所示，竖直面内的光滑轨道ABCD，AB段为曲面，BC段水平，CD段是半径的半圆形轨道，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，重力加速度g取，求： (1)小球运动到B点时的速度大小； (2)小球运动到D点时轨道对小球的弹力大小； (3)C、E两点的距离x。 ⏳题型03 多物体的机械能守恒 10（2026·湖南长沙·模拟预测）如图所示，粗细均匀的光滑直杆AB、BC固定在竖直面内，AB杆水平，两杆夹角为37°，质量均为m的小球a、b分别套在AB、BC杆上，两球用长为L的细线连接，锁定两球，细线刚好伸直且与BC杆垂直，重力加速度为g，sin37°=0.6，不计球的大小，同时解除两球的锁定，则在小球a向右运动过程中，下列说法正确的是（　　） A．解除锁定的一瞬间，小球b的加速度大小为0.8g B．小球b向下运动过程中机械能一直减小 C．当小球a运动到最右端时，小球b运动到最低点 D．小球a运动过程中最大速度大小为 11．（2026·湖南·一模）一光滑的半圆形支架固定于竖直平面内，半圆的半径为R，圆心为O，AB为直径，AB在竖直方向上，圆弧上穿一小球，小球可沿圆弧滑动，两根完全相同的橡皮筋一端固定在小球上，另一端分别固定在A、B两点，橡皮筋的原长为R，橡皮筋的弹力遵循胡克定律，劲度系数为k，橡皮筋具有的弹性势能为（k为橡皮筋的劲度系数，x为橡皮筋的形变量），初始时小球锁定在P点，已知，某一时刻解除锁定，小球沿圆弧运动到Q点，。下列说法正确的是（　　） A．小球在沿圆弧从P点运动到Q点过程中，小球的机械能守恒 B．小球在沿圆弧从P点运动到Q点过程中，两橡皮筋弹性势能之和最小为 C．小球运动到Q点的速度大小为 D．若小球运动到Q点时速度恰好达最大值，则小球的质量为 12．（2026·湖南常德·一模）如图所示，物块A、B通过一轻弹簧相连，竖直放置在水平地面上，B通过一根跨过定滑轮的轻绳与固定在轻杆一端的小球相连，轻杆另一端固定在O点，O点与定滑轮等高。初始时轻杆沿水平方向，轻绳恰好伸直且无张力，图中水平部分绳长，轻杆长。现将小球由静止释放，当小球运动到最低点时，物块A恰好离开地面。已知A、B和小球均可视为质点，A、B质量均为，小球质量为，运动过程中弹簧始终在弹性限度内，物块B没有碰到定滑轮，重力加速度，忽略一切阻力。以下说法正确的是（　　） A．运动过程中A、B和小球组成的系统机械能守恒 B．轻弹簧劲度系数 C．小球运动到最低点时的速度大小为 D．当小球下落高度为时物块B和小球的速度大小相等 13.（2026·江苏徐州·模拟预测）如图所示，质量相等的物块A、B，用轻弹簧连接，静置在倾角光滑斜面上，轻绳绕过固定轻滑轮分别连接物块B、C。初始时托住C使轻绳恰好伸直且无张力，静止释放C，当C速度刚减为0时，A恰好脱离挡板。不计空气阻力和滑轮摩擦，在C下落的过程中（未触地），下列说法正确的是（     ） A．物块C和A、B的质量相等 B．物块C的机械能一直增大 C．物块B的加速度先增大后减小 D．轻绳上的拉力一直增大 14.（2026·山东泰安·三模）（多选）如图所示，、两点位于同一高度，不可伸长的轻质细线的一端系有质量为的物块，另一端绕过处的定滑轮固定在点，质量为的小球固定在细线上点。现将小球从图示水平位置由静止释放，小球运动到点时速度恰好为零（此时物块未到达点），图中为直角三角形，物块和小球均可视为质点，，忽略一切摩擦和空气阻力，重力加速度为，，则下列判断正确的是（　　） A． B． C．小球运动到点时，段绳的拉力大小为 D．小球运动到点时，段绳的拉力大小为 15.（2026·福建福州·模拟预测）（多选）如图，质量均为的小球A、B用一根长为的轻杆相连，竖直放置在光滑水平地面上，质量也为的小球C挨着小球B放置在地面上。扰动轻杆使小球A向左倾倒，小球B、C在同一竖直面内向右运动。当杆与地面有一定夹角时小球B和C分离，已知C球的最大速度为v，小球A落地后不反弹，重力加速度为g。下面说法正确的是（　　） A．球B、C分离前，A、B两球组成的系统机械能逐渐减小 B．球B、C分离时，球B对地面的压力大小为 C．从开始到A球落地的过程中，杆对球B做的功为 D．小球A落地时的动能为 重难·创新演练 设题创新:结合生活情景 娱乐设施和体育运动 1.（2026·浙江·二模）图甲为宇树科技机器人用两只机械手指捏着鸡蛋的照片，简略图如图乙所示。若两手指对鸡蛋的合力为，鸡蛋重力为，下列说法正确的是（　　） A．匀速提起鸡蛋时，手指对鸡蛋的压力大于鸡蛋对手指的弹力 B．匀速提起鸡蛋过程中，鸡蛋机械能守恒 C．若手指捏着鸡蛋水平匀速移动，则 D．若手指捏着鸡蛋水平加速移动，则 2.（2026·广东广州·二模）（多选）如图为某技术小组设计的电梯轿厢保护装置。某次测试中模拟轿厢坠落，当轿厢速度为v时，触发其底部两个安全钳工作，轿厢开始减速，每个安全钳受到轨道的滑动摩擦力大小恒为f。一段时间后，轿厢接触缓冲弹簧，到达最低点时缓冲弹簧的压缩量为x，轿厢停止运动。已知轿厢（含安全钳）的质量为m，重力加速度大小为g，缓冲弹簧始终在弹性限度以内且重力不计，空气阻力可忽略，从触发安全钳工作开始（　　） A．轿厢接触弹簧后，速度先增大后减小 B．到最低点过程轿厢的平均速度大于 C．轿厢接触弹簧前，加速度大小为 D．轿厢到达最低点时，弹簧弹性势能为 3.（2026·宁夏银川·模拟预测）（多选）单板滑雪大跳台主要由助滑道，圆弧形起跳台和着陆坡组成，起跳台的半径为20米，起跳方向与水平方向成30°角，如图所示为简化示意图。运动员在助滑道下滑后在起跳台起跳，在空中做抛体运动后落在着陆坡上。图中虚线为苏翊鸣在某次比赛中起跳后的运动轨迹，a点为起跳点，b点为轨迹最高点，c点为落在坡上的着陆点。苏翊鸣的质量为50 kg，不计一切阻力，，则下列说法正确的是（    ） A．若苏翊鸣起跳时，则ab段水平距离为 B．若苏翊鸣起跳时，则苏翊鸣在最低点对起跳台压力为 C．苏翊鸣在ab段运动过程中处于超重状态，在bc段处于失重状态 D．苏翊鸣起跳后重力的功率不断地减小 4.（2026·北京朝阳·二模）模型的修正和完善伴随着我们对物理本质更深入的认识。某学习小组对过山车的运动进行了深入研究。已知重力加速度为g，不计摩擦及空气阻力。 (1)先将过山车用可视为质点的小球来替代。 a．图甲所示的装置由两段可视为竖直平面内的倾斜直轨道与一半径为R的圆轨道顺接组成，在圆轨道最低点处的两侧稍微错开一小段距离，且分别与左右两侧的斜直轨道平滑相接。将一小球从左侧倾斜直轨道上某位置由静止释放，小球恰好能通过圆轨道最高点，求小球在圆轨道最高点的速度大小v1； b．实际的过山车竖直回环轨道不是正圆，而是设计成图乙所示的扁轨道，可将其简化为图丙所示的轨道。研究一般的曲线运动时，我们可将运动过程分割为许多很短的小段，每小段的运动均可看作是圆周运动的一部分。若轨道承压足够大，请比较小球从同一位置P由静止释放，分别沿扁轨道、正圆轨道到达最高点Q时轨道对其压力的大小关系，并说明这种设计的优点。 (2)实际的过山车并不能视为质点。如图丁所示，一列长为L、质量为M的玩具过山车，在无动力情况下，从水平轨道冲上半径为r的竖直圆轨道。已知L>2πr，不计过山车自身高度及相邻车体间碰撞。在车体始终布满轨道的一段时间内，过山车的速率保持不变，请在该段时间内分析下列问题： a．推导最高点处车体之间的拉力大小； b．取轨道最高点处的一小段长度为s的车体为研究对象。若此时左、右侧车体对其拉力大小可视为相等，且两力的合力大小为a问中拉力的倍，求该小段车体通过最高点时的最小速度vm。 真题·实战演练 高频考点：机械能守恒定律的应用 1.（2026·湖南卷·高考真题）如图，长为的轻杆竖直放置，上端固定一质量为的小球，下端连接于水平地面上某固定点，杆可绕该点无摩擦转动。小球内部安装了质量不计的智能弹射装置。受轻微扰动后，小球和杆从静止开始一起运动，当两者间弹力为0时，小球脱离轻杆，重力加速度为，不计空气阻力。 (1)求小球接触地面瞬间的速度的大小； (2)求小球接触地面瞬间的速度与水平面夹角的正切值； (3)小球与地面碰撞前后，竖直方向分速度大小相等、方向相反，水平方向分速度相等。碰撞后瞬间，智能弹射装置工作，小球在极短时间内分裂成两部分，两部分速度方向均与小球分裂前瞬间的速度方向成角（已知，且）。设两部分质量之比为，弹射装置释放的能量为。 （i）求与的关系； （ii）当最小时，若分裂后两部分第一次落地时刻相同，求两部分第一次落地点的间距。 2.（2025·湖南卷·高考真题）如图，某爆炸能量测量装置由装载台和滑轨等构成，C是可以在滑轨上运动的标准测量件，其规格可以根据测量需求进行调整。滑轨安装在高度为h的水平面上。测量时，将弹药放入装载台圆筒内，两端用物块A和B封装，装载台与滑轨等高。引爆后，假设弹药释放的能量完全转化为A和B的动能。极短时间内B嵌入C中形成组合体D，D与滑轨间的动摩擦因数为。D在滑轨上运动距离后抛出，落地点距抛出点水平距离为，根据可计算出弹药释放的能量。某次测量中，A、B、C质量分别为、、，，整个过程发生在同一竖直平面内，不计空气阻力，重力加速度大小为g。则（　　） A. D的初动能与爆炸后瞬间A的动能相等 B. D的初动能与其落地时的动能相等 C. 弹药释放的能量为 D. 弹药释放的能量为 3.（2024·全国甲卷·高考真题）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 4．（2024·北京·高考真题）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 5．（2024·江苏·高考真题）在水平面上有一个U形滑板A，A的上表面有一个静止的物体B，左侧用轻弹簧连接在物体B的左侧，右侧用一根细绳连接在物体B的右侧，开始时弹簧处于拉伸状态，各表面均光滑，剪断细绳后，则（　　） A．弹簧原长时B动量最大 B．压缩最短时A动能最大 C．系统动量变大 D．系统机械能变大 6.（2024·浙江·高考真题）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 B．从1到2重力势能增加 C．从2到3动能增加 D．从2到3机械能不变 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $ 第28讲 机械能守恒定律及应用（专项训练） ⏳题型01 水平面内圆周运动的临界问题 1．【答案】C 2．【答案】D 3．【答案】BC 4．【答案】C 5．【答案】C ⏳题型02 竖直面内的圆周运动临界问题 6．【答案】A 7．【答案】B 8．【答案】BC 9．【答案】C 10．【答案】D ⏳题型03 斜面上圆周运动的临界问题 11．【答案】C 12．【答案】AD 13．【答案】BC 14．【答案】BC 15．【答案】AD 重难·创新演练 1．【答案】AD 2．【答案】C 3．【答案】C 4．【答案】A 5．【答案】BCD 真题·实战演练 1．【答案】C 2．【答案】A 3．【答案】D 4．【答案】(1)1.5J (2)0.5N (3) 【解析】（1）求，F做的功 （2）对AB整体，根据牛顿第二定律 其中 对B根据牛顿第二定律 联立解得 （3）当A、B之间的弹力为零时，A、B分离，根据（2）分析可知此时 此时 过程中，对A、B根据动能定理 根据题图可得 从点到点，根据动能定理 在点的最小速度满足 联立可得 1 / 19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $