功能关系与机械能守恒-2024年高考物理二轮热点题型归纳含答案

功能关系与机械能守恒-2024年高考物理二

轮热点题型归纳

功能关系与机檐能守恒

【题型一】机械能守恒定律的应用

【题型二】功能关系的综合应用

【题型三】动力学观点和能量观点的综合应用

【题型一】机械能守恒定律的应用

【解题指导】

1.单物体多过程机械能守恒问题:划分物体运动阶段,研究每个阶段中的运动性质，判断机械能是否守恒；

2.多物体的机械能守恒:一般选用^Ep=-/\Ek形式,不用选择零势能面.

皿（2023•全国•统考高考真题）一同学将铅球水平推出，不计空气阻力和转动的影响,铅球在平抛运动过程

中（）

A.机械能一直增加

B.加速度保持不变

C.速度大小保持不变

D.被推出后瞬间动能最大

吼2（2022.全国.统考高考真题）固定于竖直平面内的光滑大圆环上套有一个小环，小环从大圆环顶端P点由

静止开始自由下滑,在下滑过程中，小环的速率正比于（）

A.它滑过的弧长B.它下降的高度

C.它到P点的距离D.它与P点的连线扫过的面积

刷3（2023上・山东济宁•高三嘉祥县第一中学校考期中）有一竖直放置的“T”形架，表面光滑，滑块A、3分别

套在水平杆与竖直杆上，A、B用一根不可伸长的轻细绳相连，质量相等,且可看做质点，如图所示,

开始时细绳水平伸直，4、B静止。由静止释放B后，己知当细绳与竖直方向的夹角为60°时，滑块B沿着

竖直杆下滑的速度为。，则连接A、B的绳长为（）

99

厕4(2023上•河北张家口•高三河北省尚义县第一中学校联考阶段练习)有一条均匀金属链条，一半长度在光

滑的足够高斜面上,斜面顶端是一个很小的圆弧,斜面倾角为30°,另一半长度竖直下垂，由静止释放后链

条滑动，已知重力加速度g=10m/s2,链条刚好全部滑出斜面时的速度大小为呼m/s,则金属链条的长

C.2mD.2.6m

【方法提炼】

3.机械能守恒的判断

(1)利用机械能的定义判断:若系统的动能、重力势能和弹性势能的总和不变，则机械能守恒。

(2)利用做功判断:若系统只有重力或弹簧弹力做功，或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒。

(3)利用能量转化判断:若系统只有动能和势能的相互转化，或还有其他形式能之间的相互转化，而无机械

能与其他形式能之间的相互转化,则机械能守恒。

(4)绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等，机械能不守恒。

4.应用机械能守恒定律解题时的三点注意

(1)要注意研究对象的选取研究对象的选取是解题的首要环节,有的问题选单个物体(实为一个物体与地球

组成的系统)为研究对象机械能不守恒，但选此物体与其他几个物体组成的系统为研究对象，机械能却是

守恒的。如图所示，单独选物体A机械能减少，但由物体A、B二者组成的系统机械能守恒。

(2)要注意研究过程的选取有些问题研究对象的运动过程分几个阶段，有的阶段机械能守恒,而有的阶段机

械能不守恒。因此，在应用机械能守恒定律解题时要注意过程的选取。

（3）要注意机械能守恒表达式的选取

三

种

表

达

形

式

【变式演练】

题目T（2021•全国•高考真题）如图，光滑水平地面上有一小车，一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连,另一端

与滑块相连,滑块与车厢的水平底板间有摩擦。用力向右推动车厢使弹簧压缩，撤去推力时滑块在车厢底

板上有相对滑动。在地面参考系（可视为惯性系）中，从撤去推力开始，小车、弹簧和滑块组成的系统

一.0000000,

/，/〃//////二///〃///〃///〃///二////〃///£/)/〃///,/〃///

A.动量守恒，机械能守恒B.动量守恒,机械能不守恒

C.动量不守恒，机械能守恒D.动量不守恒,机械能不守恒

题目W（如盟上•广西柳州•校考阶段练习）如图所示，质量均为3-0kg的物体入、口用一轻

质弹簧连接静止置于水平地面上,弹簧的劲度系数为k=600N/m,不可伸长的轻绳连着物体B和。，。套

在光滑的竖直固定杆上,滑轮与杆之间的水平距离为0.4m,轻绳左端沿竖直方向。现用手托住。使其静止

于朋"点,轻绳刚好水平伸直但无弹力作用；从静止释放物体C,当。运动到N点时,物体A恰好离开地面但

不继续上升。物体都视为质点，g取lOm/sz,不计一切摩擦，B与滑轮之间的轻绳足够长，弹簧始终在弹性

限度内。则下列说法正确的是（）

rc

JN

I

BU

A

〃/////〃〃/〃///〃////////〃/

A.物体。的质量为1.0kg

B.在物体。从加"点运动到N点过程中,物体C的机械能先增大后减少

C.在物体。从河点运动到N点过程中，物体B的动能先增大后减少

D.物体。在加■点时弹簧的弹性势能等于物体。在N点时弹簧的弹性势能

题目叵〕（2023上•河北张家口•高三河北省尚义县第一中学校联考阶段练习）如图，两个质量均为小的小球

M.N通过轻质细杆连接，河套在固定的竖直杆上，N放在水平地面上。一轻质弹簧水平放置，左端固定在

杆上,右端与N相连。弹簧始终在弹性限度内，不计一切摩擦，重力加速度大小为g。当弹簧处于原长状态

时，河到地面的距离为九,将“由此处静止释放，在小球河向下运动至与地面接触的过程中，下列说法正确

A.小球河释放的瞬间，地面对小球N的支持力大于2mg

B.小球N的速度先增大后减小

C.当小球N的速度最大时，小球/■的加速度大小等于g

D.若小球河落地时的速度大小为v,此时弹簧的弹性势能为mgh-^-mv2

题目④（2023上•安徽•高三校联考期中）如图所示,质量为m的圆环套在足够长光滑竖直杆上，质量为河=

3m的木块放在倾角为夕=30°的足够长光滑固定斜面上,圆环与木块用足够长的轻质细线通过光滑定滑轮

连接，图中滑轮与木块间的细线与斜面平行,滑轮上端与a位置等高且水平距离为乙，现让圆环从a位置由

静止释放运动到6位置。已知a、b两位置的高度差也为力,不计空气阻力，重力加速度g。下列判断正确的

是（）

A.圆环下降的过程中，圆环减少的重力势能等于木块增加的机械能

B.当圆环到达b位置时，其速度大小为J21一产）意

C.当圆环到达b位置时，圆环与木块瞬时速度比为1:四

D.圆环能下降的最大距离为学乙

5

【题型二】功能关系的综合应用

【解题指导】

1.做功的过程就是能量转化的过程.功是能量转化的量度.•••

2.功与能量的变化是“一一对应”的，如重力做功对应重力势能的变化，合外力做功对应动能的变化等.

题工（2024•全国•高三专题练习）如图所示，在水平向右的匀强电场中有一个绝缘斜面,斜面上有一带电金属

块沿斜面滑下，已知在金属块滑下的过程中动能增加了12J,金属块克服摩擦力做功8J,重力做功24J.下

列说法中正确的是（）

A.金属块带负电荷B.金属块克服电场力做功8J

C.金属块的电势能减少4JD.金属块的机械能减少12J

幽2（2023上•安徽合肥•高三校考阶段练习）如图甲所示,倾角为30。的斜面固定在水平地面上，一木块在斜

面上距斜面底端我处开始下滑，取斜面底端为重力势能的零势点，已知下滑过程中木块的机械能和动能

随位移变化的关系图线如图乙所示，下列说法正确的是（）

A.木块下滑过程中，重力势能减少了2瓦B.木块受到的摩擦力大小为出

60

木块与斜面间的动摩擦因数为空

C.D.当木块下滑时，其动能和重力势能相等

0

吼3（2023上•河北张家口•高三河北省尚义县第一中学校联考阶段练习）一潜水运动员在深水中将一小铁球

竖直上抛，经过一段时间后小球又返回至出发点。已知小球在运动过程中受到水的阻力大小不变，关于

小球从抛出到返回出发点的过程，下列说法正确的是（）

A.小球上升过程中的加速度小于下降过程中的加速度

B.小球上升过程中克服重力做的功大于下降过程中重力做的功

C.小球上升过程中机械能的变化小于下降过程中机械能的变化

D.小球上升过程中所受重力做功的平均功率小于下降过程中重力做功的平均功率

朗士（2023上•江西南昌•高三江西师大附中校考期中）如图所示，在匀速转动的电动机带动下，足够长的水平

传送带以恒定速率仍匀速向右运动，一质量为小的滑块从传送带右端以水平向左的速率。2（”2>3）滑

上传送带，最后滑块返回传送带的右端。关于这一过程的下列判断，正确的有（）

A.此过程中滑块对传送带做功为/优-%*

B.此过程中传送带对滑块做功为fn优——I*

C.此过程中电动机对传送带多做的功为mv2（v^\+v2）

D.此过程中电动机对传送带多做的功为mv1（t;12）

【方法提炼】

3.力学中几种功能关系

（1）合外力做功与动能的关系：唯=△及.

（2）重力做功与重力势能的关系：WG=-^EP.

（3）弹力做功与弹性势能的关系：

（4）除重力及系统内弹力以外其他力做功与机械能的关系：％他=AE机.

（5）滑动摩擦力做功与内能的关系：吁加对=内.

4.涉及做功与能量转化问题的解题方法

（1）分清是什么力做功,并且分析该力做正功还是做负功;根据功能之间的对应关系,确定能量之间的转化

情况.

（2）当涉及滑动摩擦力做功时，机械能不守恒，一般应用能量守恒定律,特别注意摩擦产生的内能Q=吁

篇对"相对为相对滑动的两物体间相对滑动路径的总长度•

（3）解题时，首先确定初、末状态,然后分清有多少种形式的能在转化，再分析状态变化过程中哪种形式的能

量减少，哪种形式的能量增加，求出减少的能量总和减和增加的能量总和AE增，最后由△%=AE增列式

求解.

【变式演练】

题目工（2023上•海南省直辖县级单位•高三校考阶段练习）如图所示，一滑板爱好者沿着倾角为30°的斜坡

从静止开始自由下滑，下滑过程中的加速度大小恒为已知滑板爱好者连同滑板的总质量为小,重力加

速度为g。在滑板爱好者（含滑板）沿斜坡下滑距离为力的过程中，下列说法正确的是（）

A.滑板爱好者下滑过程中机械能守恒B.滑板爱好者减少的重力势能为4mgL

C.滑板爱好者增加的动能为自小"D.滑板爱好者减少的机械能为卷mgL

题目团（2023•四川攀枝花•统考一模）如图，质量馆=2kg的小物块以水平初速度3=6m/s从左端滑上长L

=3”的水平传送带，小物块始终受到一个方向水平向右、大小F=4N的恒力作用，传送带在电动机的带动

下沿顺时针方向运行、速度大小恒为0.5g。已知物块与传送带间的动摩擦因数〃=0.2,重力加速度9取

lOm/sz,关于小物块在传送带上运动的过程，下列说法中正确的是（）

A.小物块一直做匀速直线运动

B.恒力F对小物块做的功为6J

C.小物块与皮带间因摩擦而产生的热量为6J

D.因小物块在传送带上运动电动机多消耗的电能为6J

题目叵〕（2023上•福建福州•高二福建省福州第一中学校考期中）如图所示，倾角为。=30°绝缘斜面长心=

2口，顶端有一质量为m=1kg、带正电且电荷量q=1.0X10-6。的滑块,整个空间有电场强度S=V3X106

N/C的水平向左匀强电场，静止释放滑块后,滑块到达斜面底端的动能为11J,重力加速度g取lOrn/sz,则滑

块在沿斜面下滑的过程中（）

A.滑块机械能增加了2J,电势能减少了3J

B.滑块机械能减少了1J,电势能减少了3J

C.滑块机械能和电势能之和减少2J,重力势能减少了10J

D.滑块重力势能和电势能之和减少11J,重力势能减少了10J

【题型三】动力学观点和能量观点的综合应用

【解题指导】

1.做好两个分析

（1）综合受力分析、运动过程分析，由牛顿运动定律做好动力学分析.

（2）分析各力做功情况，做好能量的转化与守恒的分析，由此把握运动各阶段的运动性质，各连接点、临界点

的力学特征、运动特征和能量特征.

2.做好四个选择

（1）当物体受到恒力作用发生运动状态的改变而且又涉及时间时，一般选择用动力学方法解题；

（2）当涉及功、能和位移时，一般选用动能定理、机械能守恒定律、功能关系或能量守恒定律解题，题目中出

现相对位移时，应优先选择能量守恒定律；

（3）当涉及细节并要求分析力时，一般选择牛顿运动定律,对某一时刻进行分析时选择牛顿第二定律求解；

（4）复杂问题的分析一般需选择能量的观点、运动与力的观点综合解题.

曲1（2023上•湖北•高三校联考期中）如图所示，与水平面平滑连接的固定斜面的顶端到正下方水平面。点的

高度为无，质量为小的小木块从斜面的顶端无初速度滑下，并运动到水平面上的A点停下。已知小木块

与斜面、水平面间的动摩擦因数均为〃=下列说法正确的是（）

A.斜面倾角e越大，x越大

B,斜面倾角。越小，力越大

C.若小木块从斜面顶端以初动能瓦=mgh滑下,最后在水平面上的B点停下，则的=竺

D.若小木块从斜面顶端以初动能Ek=3mgh滑下，并在A点固定一个挡板，小木块在A点与挡板发

生弹性碰撞,则折返后恰能回到斜面顶端

的2（2023上•重庆九龙坡•高三校考阶段练习）如图所示，轻质弹簧一端固定，另一端与质

量为小、套在粗糙竖直固定杆A处的圆环相连，弹簧水平且处于原长。圆环从A处由静止开始下滑，经过

B处的速度最大，到达。处的速度为零，AC=鼠圆环在。处获得一竖直向上的速度”，恰好能回到A；

弹簧始终在弹性限度之内，重力加速度为g,则圆环（）

A.下滑过程中，加速度一直减小

B.下滑过程中，因摩擦力产生的热量小于［小4

C.下滑经过B的速度小于上滑经过B的速度

D.在。处,弹簧的弹性势能为^-mv2-mgh

刷3（2023上•山东淄博•高三统考期中）如图所示，高为2L的光滑水平桌面上有一轻质弹簧，其一端固定在墙

上，用质量为m的小球压缩弹簧的另一端，使弹簧具有弹性势能。小球释放后，在弹簧作用下从静止开始

在桌面上运动，与弹簧分离后，从桌面水平飞出。距离桌面右端水平距离为乙处,有竖直放置的探测屏

AB,下端固定在水平地面上，高为2"现把弹簧压缩到不同长度,使小球飞出。不计空气阻力，小球

可视为质点，小球落地后立即停止运动,重力加速度为g。求：

（1）为让小球能打在探测屏上,开始释放小球时弹簧的弹性势能后需满足的条件；

（2）小球打在探测屏上的最小动能及及此时小球打在探测屏上的位置距离地面的高度除

【方法提炼】

1.应用能量守恒定律解题的注意事项

(1)应用能量守恒定律的两条基本思路

①某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加,且减少量和增加量一定相等,即△/=AE增。

②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等，即△所减=AEB增。

(2)当涉及摩擦力做功时，机械能不守恒，一般应用能量的转化和守恒定律，特别注意摩擦产生的热量。=吁

必相对，叫目对为相对滑动的两物体间相对滑动路径的总长度。

2.利用能量观点解决力学问题的思路

(1)明确研究对象和研究过程。

(2)进行运动分析和受力分析。

(3)选择所用的规律列方程求解。

①动能定理:需要明确初、末动能，明确力的总功，适用于所有情况。

②机械能守恒定律:根据机械能守恒条件判断研究对象的机械能是否守恒，只有满足机械能守恒的条件时才

能应用此规律。

③功能关系：根据常见的功能关系求解,适用于所有情况。

④能量守恒定律：适用于所有情况。

(4)对结果进行讨论。

【变式演练】

［题目曰(2023•全国•统考高考真题)如图，光滑水平桌面上有一轻质弹簧,其一端固定在墙上。用质量为小

的小球压弹簧的另一端,使弹簧的弹性势能为玛。释放后，小球在弹簧作用下从静止开始在桌面上运动，

与弹簧分离后,从桌面水平飞出。小球与水平地面碰撞后瞬间,其平行于地面的速度分量与碰撞前瞬间相

等;垂直于地面的速度分量大小变为碰撞前瞬间的小。小球与地面碰撞后,弹起的最大高度为限重力加

速度大小为g,忽略空气阻力。求

(1)小球离开桌面时的速度大小；

(2)小球第一次落地点距桌面上其飞出点的水平距离。

1目②(2023上•安徽合肥•高三校考阶段练习)如图所示，水平传送带长乙=9m，以。=lm/s的速度顺

时针转动。传送带与半径，R=0.4馆的竖直光滑半圆轨道BCD平滑连接。小物块以比=5m/s的初速度

2

滑上传送带，已知小物块的质量?n=2kg,与传送带间的动摩擦因数〃=0.2,重力加速度g=10m/so求：

（1）小物块通过传送带的时间t;

（2）小物块通过传送带的过程中，传送带对它做的功W以及因摩擦产生的热量Q；

（3）改变小物块滑上传送带的初速度使小物块能进入光滑半圆轨道BCD,且不脱轨，的应满足的条件。

题目叵〕（2023•河北石家庄•校联考模拟预测）如图所示，倾角为。=37°的斜面与圆心为。、半径R=0.9m的

光滑圆弧轨道在B点平滑连接，且固定于竖直平面内。斜面上固定一平行于斜面的轻质弹簧，现沿斜面缓

慢推动质量为m1=0.8kg的滑块a使其压缩弹簧至A处,将滑块a由静止释放，通过。点时轨道对滑块a

的弹力为零。已知人、B之间的距离为L=1.35馆,滑块a与斜面间动摩擦因数〃=0.25,。为圆弧轨道的

最低点,CE为圆弧轨道的直径,OD水平，滑块a可视为质点，忽略空气阻力，取g=10m/s2,sin37°=0.6,

cos37°=0.8,V3^1.73o

（1）求滑块a在。点对轨道压力的大小。

（2）求滑块a整个运动过程中系统因摩擦而产生的热量。

（3）若仅将滑块a换为质量为利2=0.05kg的滑块b,滑块b由入点弹出后立即撤去弹簧，求滑块6第一次落

在斜面上的位置至B点的距离（结果保留2位有效数字）。

题目回（2023上•福建龙岩•高三福建省龙岩第一中学校联考期中）如图所示,半径为R的光滑半圆形轨道

ABC固定在竖直平面内且与粗糙水平轨道CD相切于。点，。端有一被锁定的轻质压缩弹簧，弹簧左端

连接在固定的挡板上，右端记为Q。质量为馆的滑块（视为质点）从轨道上的P点由静止滑下，运动到

Q点时速率为零，并能触发弹簧解除锁定,弹簧对滑块产生弹力,使滑块被弹回,且刚好能通过半圆形轨道

的最高点A.已知60°,滑块与水平轨道间的动摩擦因数〃=0.25,重力加速度大小为g；求：

（1）滑块第一次滑至半圆形轨道最低点。时对轨道的压力；

（2）弹簧被锁定时其右端Q到。点的距离是多少；

（3）弹簧被解除锁定后对滑块做的功是多少？

A

O5B

1涓。

DQC

[题目回（2023上•福建福州•高三校联考期中）如图所示,在光滑水平面AB和粗糙水平面CD之间连接一长

度为L[=3.5m的传送带，CD长度乙2=1m，圆心为O、半径为R=0.2m,的竖直光滑半圆轨道DEG与水平

面AD在。点平滑连接，其中FG段为光滑圆管，E和圆心O等高，/EOF=30°。可视为质点的小物块从

A点以*=4m/s的初速度向右滑动，已知小物块的质量nz=1kg,与传送带、水平面CD之间的动摩擦因数

均为〃=0.1,重力加速度9取lOm/sL

（1）若传送带不转，求小物块滑到半圆轨道。点时对轨道压力F的大小；

⑵若传送带以”=3m/s的速率顺时针方向转动，求小物块第一次运动到。点的过程中系统产生的热量

Q；

（3）在第（2）问基础上试通过计算判断小物块是否会脱离轨道DEFG；

建目回（2023上•河南鹤壁•高三校考期中）如图所示，绷紧的传送带与水平面的夹角夕=30°,传送带在电动

机的带动下，始终保持为=2m/s的速率运行，现把一质量为加=10kg的工件（可视为质点）轻轻放在传送

带的底端，经过时间t=1.9s,工件被传送到九=1.5?n的高处，g取10m/s\求：

（1）工件与传送带间的动摩擦因数；

（2）电动机由于传送工件多消耗的电能。

题目（2023上•广东深圳•高三深圳外国语学校校考阶段练习）如图所示，一弹射游戏装置由安装在水平台

面上的固定弹射器、竖直圆轨道（在最低点E分别与水平轨道EO和EA相连）、高度％可调的斜轨道AB组

成。游戏时滑块从。点弹出,经过圆轨道并滑上斜轨道。全程不脱离轨道且恰好停在B端则视为游戏成

功。已知圆轨道半径r=0.1m,OE长〃=0.2m,AC长乙2=0.4馆,圆轨道和AE光滑,滑块与AB、OE之

间的动摩擦因数〃=0.5o滑块质量m=2g且可视为质点,弹射时从静止释放且弹簧的弹性势能完全转化

为滑块动能。忽略空气阻力，各部分平滑连接。求：

（1）滑块恰好能过圆轨道最高点F时的速度“F大小；

（2）当拉=0.1馆且游戏成功时，弹簧的弹性势能”。；

（3）当拉=O.bn且游戏成功时，滑块经过E点对圆轨道的压力；

（4）要使滑块能在圆轨道上完成圆周运动，弹簧的弹性势能”的最小值；

（5）当滑块滑上斜面后,要使滑块最终能停在斜面上,斜面高度h的最大值；

（6）要使游戏成功,弹簧的弹性势能Ep与高度h之间满足的关系。

题目回（2023上•河北保定•高三统考期中）倾角为30°的光滑斜面固定在水平地面上，劲度系数为k的轻弹

簧一端固定在斜面底端，另一端与质量为小的物块A连接，物块A右端接一细线,细线平行于斜面绕过斜

面顶端的光滑轻质定滑轮与物块B相连。开始时托住物块B使细线恰好伸直且张力为0，然后由静止释放

物块6。当B的质量也为小时，物块A沿斜面向上经过P点（图中未标出）时速度最大。已知重力加速度

为g,求：

（1）弹簧第一次恢复原长时轻绳上张力的大小；

（2）如果B的质量为2m,A沿斜面向上经过P点时物块B的速度大小。

12

功能关系与机檐能守恒

国显

【题型一】机械能守恒定律的应用

【题型二】功能关系的综合应用

【题型三】动力学观点和能量观点的综合应用

【题型一】机械能守恒定律的应用

【解题指导】

1.单物体多过程机械能守恒问题:划分物体运动阶段,研究每个阶段中的运动性质，判断机械能是否守恒；

2.多物体的机械能守恒:一般选用△£后形式,不用选择零势能面.

&（2023•全国•统考高考真题）一同学将铅球水平推出，不计空气阻力和转动的影响,铅球在平抛运动过程

中（）

A.机械能一直增加

B.加速度保持不变

C.速度大小保持不变

D.被推出后瞬间动能最大

【答案】B

【详解】A.铅球做平抛运动，仅受重力，故机械能守恒，A错误；

B.铅球的加速度恒为重力加速度保持不变，B正确；

CD.铅球做平抛运动，水平方向速度不变，竖直方向做匀加速直线运动，根据运动的合成可知铅球速度

变大，则动能越来越大，CD错误。

故选3。

网］2（2022•全国•统考高考真题）固定于竖直平面内的光滑大圆环上套有一个小环，小环从大圆环顶端P点由

静止开始自由下滑,在下滑过程中，小环的速率正比于（）

A.它滑过的弧长B.它下降的高度

C.它到P点的距离D.它与P点的连线扫过的面积

【答案】。

【详解】如图所示

p

设圆环下降的高度为区圆环的半径为五，它到P点的距离为"根据机械能守恒定律得

2

mgh=^-mV

由几何关系可得

h=Lsin0

sin3=

联立可得

,_L2

h=lR

可得

v—L,

故。正确，ABD错误。故选。。

题3（2023上•山东济宁•高三嘉祥县第一中学校考期中）有一竖直放置的“T”形架，表面光滑，滑块4、5分别

套在水平杆与竖直杆上，A、B用一根不可伸长的轻细绳相连，A、口质量相等,且可看做质点，如图所示,

开始时细绳水平伸直，A、B静止。由静止释放5后，已知当细绳与竖直方向的夹角为60°时，滑块B沿着

竖直杆下滑的速度为。，则连接A、B的绳长为（）

「2—

D.

3g

【答案】。

【详解】如图所示

•••

VA2

%

将A、B的速度分解为沿绳的方向和垂直与绳的方向，两物体沿绳子的方向速度大小相等，则有

0

t;scos60°=f^cosSO

解得

o

B减小的重力势能全部转化为人和B的动能，由于4、B组成的系统只有重力做功，所以系统机械能守

恒，有

712.12

mgh=-^TnvA+—mvB

解得

h=^a

绳长

L=2h=^g

故选。。

阿士(2023上•河北张家口•高三河北省尚义县第一中学校联考阶段练习)有一条均匀金属链条，一半长度在光

滑的足够高斜面上,斜面顶端是一个很小的圆弧，斜面倾角为30°,另一半长度竖直下垂，由静止释放后链

条滑动，已知重力加速度g=10m/s2,链条刚好全部滑出斜面时的速度大小为呼m/s,则金属链条的长

C.2mD.2.6m

【答案】。

【详解】设链条的质量为2M，以开始时链条的最高点为零势能面，链条的机械能为

E—Ep+Ek=——X2rngX-^sin3—~X27ngX+0——~7ngL(1+sin6)

链条全部滑出后，动能为•••

区=了x2mV

重力势能为

S；=-2mgy

由机械能守恒可得

E=E：+E；

即

--+sin。）=mv2—mgL

解得

L=2m

故选。。

【方法提炼】

3.机械能守恒的判断

(1)利用机械能的定义判断:若系统的动能、重力势能和弹性势能的总和不变，则机械能守恒。

(2)利用做功判断:若系统只有重力或弹簧弹力做功，或其他力做功的代数和为零，则机械能守恒。

(3)利用能量转化判断:若系统只有动能和势能的相互转化，或还有其他形式能之间的相互转化，而无机械

能与其他形式能之间的相互转化，则机械能守恒。

(4)绳子突然绷紧、物体间非弹性碰撞等，机械能不守恒。

4.应用机械能守恒定律解题时的三点注意

(1)要注意研究对象的选取研究对象的选取是解题的首要环节,有的问题选单个物体(实为一个物体与地球

组成的系统)为研究对象机械能不守恒，但选此物体与其他几个物体组成的系统为研究对象，机械能却是

守恒的。如图所示，单独选物体A机械能减少，但由物体A、B二者组成的系统机械能守恒。

(2)要注意研究过程的选取有些问题研究对象的运动过程分几个阶段，有的阶段机械能守恒,而有的阶段机

械能不守恒。因此，在应用机械能守恒定律解题时要注意过程的选取。

(3)要注意机械能守恒表达式的选取

三

种

表

达

形

式

转移

AE=-AE不用选择

观点AB零势能面

【变式演练】

遒IE（2021•全国•高考真题）如图，光滑水平地面上有一小车，一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连，另一端

与滑块相连,滑块与车厢的水平底板间有摩擦。用力向右推动车厢使弹簧压缩，撤去推力时滑块在车厢底

板上有相对滑动。在地面参考系（可视为惯性系）中，从撤去推力开始，小车、弹簧和滑块组成的系统

一.0000000.

77777777T777777777777777777T777777T

A.动量守恒，机械能守恒B.动量守恒,机械能不守恒

C.动量不守恒，机械能守恒D.动量不守恒,机械能不守恒

【答案】B

【详解】因为滑块与车厢水平底板间有摩擦，且撤去推力后滑块在车厢底板上有相对滑动，即摩擦力做功，

而水平地面是光滑的；以小车、弹簧和滑块组成的系统，根据动量守恒和机械能守恒的条件可知撤去推力

后该系统动量守恒，机械能不守恒。

故选B。

•1②（2023上•广西柳州校考阶段练习）如图所示，质量均为3.0kg的物体4、8用一轻

质弹簧连接静止置于水平地面上,弹簧的劲度系数为k=600N/m,不可伸长的轻绳连着物体B和。，。套

在光滑的竖直固定杆上,滑轮与杆之间的水平距离为0.4馆,轻绳左端沿竖直方向。现用手托住。使其静止

于朋■点,轻绳刚好水平伸直但无弹力作用；从静止释放物体C,当。运动到N点时,物体A恰好离开地面但

不继续上升。物体都视为质点，g取lOm/sz,不计一切摩擦，B与滑轮之间的轻绳足够长，弹簧始终在弹性

限度内。则下列说法正确的是（）

------------CM

SC：

4—rt—*1N

〃,//7/〃〃〃///////〃///〃〃//

A.物体。的质量为LOkg

B.在物体。从同点运动到N点过程中,物体C的机械能先增大后减少

C.在物体。从朋r点运动到N点过程中，物体B的动能先增大后减少

D.物体。在加■点时弹簧的弹性势能等于物体。在N点时弹簧的弹性势能

【答案】ACD

【详解】D.开始时B静止,对B根据平衡条件有

kxi=mBg

解得弹簧压缩量

名尸0.05m

物体。运动到N点时恰好能使A离开地面但不继续上升,则

=

kx2^nAg

解得弹簧拉伸量•••

力2=0.05m

物体。在M点和在N点弹簧的形变量相同，所以弹性势能相等，D正确；

B.在物体。从M点运动到N点过程中，轻绳拉力对物体。一直做负功，物体。的机械能一直减小，B错

、口

沃；

C.在物体C从河点运动到N点过程中B受合力方向先向上再向下，所以先向上做加速运动又向上做减

速运动，物体B的动能先增大后减少，。正确；

A.物体。从M点运动到N点过程中物体B上升的高度为

hB—g+，2=0.1m

此时滑轮右端绳长为0.5m,根据勾股定理得物体。下降的高度为

hc—0.3m

初末位置弹簧形变量相同，则弹簧的弹性势能没有发生变化，根据机械能守恒定律得

1

mB9品=fncghc

解得

mc=1.0kg

A正确。

故选ACD。

题目⑼（2023上•河北张家口•高三河北省尚义县第一中学校联考阶段练习）如图，两个质量均为小的小球

M、N通过轻质细杆连接，河套在固定的竖直杆上，N放在水平地面上。一轻质弹簧水平放置，左端固定在

杆上,右端与N相连。弹簧始终在弹性限度内，不计一切摩擦，重力加速度大小为g。当弹簧处于原长状态

时，河到地面的距离为拉，将由此处静止释放，在小球加■向下运动至与地面接触的过程中，下列说法正确

的是（）

A.小球释放的瞬间，地面对小球N的支持力大于2mg

B.小球N的速度先增大后减小

C.当小球N的速度最大时，小球M的加速度大小等于g

D.若小球河落地时的速度大小为v,此时弹簧的弹性势能为mgh-^-mv2

【答案】BD

【详解】4把小球M、N作为整体，小球释放瞬间，因为小球加■有竖直向下的加速度，小球Af、N系统处于

失重状态，所以地面对N的支持力小于2mg,故A错误；

B.小球河释放的瞬间，小球N的速度为0,当小球M落地时，轻质杆水平，小球M■没有沿轻质杆的分速

度，所以小球N的速度为0,故小球N的速度先增大后减小，故B正确；

C.当小球N的速度最大时，弹簧处于伸长状态，细杆对小球N的水平推力等于弹簧的拉力，细杆对小球

“有向上的推力，所以小球河的加速度大小小于g,故C错误；

D.整个系统机械能守恒，则有

12

mgh——mv+EP

则此时弹簧的弹性势能

2

EP—mgh—^-mv

故。正确。

故选BD。

题目回（2023上•安徽•高三校联考期中）如图所示，质量为小的圆环套在足够长光滑竖直杆上，质量为河=

3m的木块放在倾角为夕=30°的足够长光滑固定斜面上,圆环与木块用足够长的轻质细线通过光滑定滑轮

连接，图中滑轮与木块间的细线与斜面平行，滑轮上端与a位置等高且水平距离为L，现让圆环从a位置由

静止释放运动到6位置。已知a、b两位置的高度差也为"不计空气阻力，重力加速度g。下列判断正确的

是（）

A.圆环下降的过程中，圆环减少的重力势能等于木块增加的机械能

B.当圆环到达b位置时，其速度大小为J一产）正

C.当圆环到达b位置时，圆环与木块瞬时速度比为1:72

D.圆环能下降的最大距离为学乙

【答案】

【详解】圆环下降到6位置的过程中，圆环与木块组成的系统机械能守恒，圆环减少的机械能等于木块

增加的机械能，故A错误；

BC.根据机械能守恒定律有

mgL—Mg（V2L—L）sin^=

其中

v2="icosa

根据几何关系可知

cosa——V^2―

解得

故B正确，。错误；

D.圆环下降到最低位置时有

mghm——L）sin0

根据几何关系

h〃=一­12Lr

m5

故。正确;

故选BD。•••

【题型二】功能关系的综合应用

【解题指导】

1.做功的过程就是能量转化的过程.功是能量转化的量度.

2.功与能量的变化是“一一对应”的，如重力做功对应重力势能的变化，合外力做功对应动能的变化等.

题工（2024•全国•高三专题练习）如图所示，在水平向右的匀强电场中有一个绝缘斜面,斜面上有一带电金属

块沿斜面滑下，已知在金属块滑下的过程中动能增加了12J,金属块克服摩擦力做功8J,重力做功24J.下

列说法中正确的是（）

A.金属块带负电荷B.金属块克服电场力做功8J

C.金属块的电势能减少4JD.金属块的机械能减少12J

【答案】。

【详解】ABC.金属块滑下的过程中动能增加了12J,由动能定理知

摩擦力做功

Wf=-8J

重力做功

WG=24J

解得电场力做功

WF=-4J

电场力做负功，金属块带正电荷，电势能增加了4J,故ABC错误；

D.由功能关系可知机械能的变化量

/\E=Wf+WF=-12J

即机械能减少了12J,故。正确。

故选

画2（2023上•安徽合肥•高三校考阶段练习）如图甲所示,倾角为30°的斜面固定在水平地面上，一木块在斜

面上距斜面底端，。处开始下滑，取斜面底端为重力势能的零势点，已知下滑过程中木块的机械能和动能

随位移变化的关系图线如图乙所示，下列说法正确的是（）

B.木块受到的摩擦力大小为2%

A.木块下滑过程中，重力势能减少了2瓦

C.木块与斜面间的动摩擦因数为空

D.当木块下滑时，其动能和重力势能相等

0

【答案】。

【详解】A.机械能的变化量等于重力势能变化量和动能变化量的和，则

3瓦—4瓦=3瓦—0+\Ep

解得

△玛=—4及

故A错误；

B.木块下滑过程中，机械能的变化量等于摩擦力所做的功，则

3用一4瓦

解得

r

片五

故口错误；

C.重力所做的功等于重力势能变化量的负值，则

m^Tosin3O=—AEp

解得

8瓦

mg=-----

g

滑动摩擦力为

f=/imgcosSQ0

解得

故。错误；

D.木块下滑过程中，设动能和重力势能相等的位置距离斜面底端为①，则

mgxsind—Ek

从最高点到该位置，由动能定理

mg(®o-®)sin0-f(x0-x)=Ek-0

解得

3