专题06 机械能守恒定律 能量守恒定律（讲义）（原卷版）-2025年高考物理二轮复习讲练测（新高考用）

2/17专题06机械能守恒定律能量守恒定律目录TOC\o"1-4"\h\u01考情透视·目标导航 202知识导图·思维引航 303核心精讲·题型突破 4题型一机械能守恒定律的应用 4【核心精讲】 4考点1机械能守恒的判断方法及特殊情况 4考点2系统机械能守恒的三种表示方式 4考点3多物体系统及连接体的机械能守恒问题 4考点5应用机械能守恒定律解题的思路及步骤 5考点4机械能相关的图象类问题 6【真题研析】 6【命题预测】 8考向1机械能及其守恒的判断和简单应用 8考向2多物体的机械能转化及守恒 8考向3机械能相关的图象类问题 9题型二能量守恒定律及其应用 11【核心精讲】 11考点1摩擦力做功的能量问题 11考点2能量守恒定律的深层次理解 11考点3应用能量守恒定律解题时的注意事项 11【真题研析】 11【命题预测】 13考向1涉及摩擦力的能量转化问题 13考向2能量的转化与守恒综合类问题 14难点突破涉及弹簧的能量综合问题 15【核心精讲】 15考点1涉及弹簧的能量问题 15【真题研析】 15【命题预测】 16考向1涉及弹簧的能量转化问题 16命题统计命题要点20242023年2022年热考角度机械能守恒定律的应用2024•浙江•机械能守恒的判断、2024•重庆•机械能守恒的判断、2024•宁夏四川•机械能守恒的简单应用、2024•宁夏四川•机械能相关的图象类问题2023•全国•机械能守恒的判断、2023•北京•多物体的机械能转化及守恒、2023•浙江•多物体的机械能转化及守恒、2023•辽宁•机械能的变化计算、2023•浙江•机械能相关的图象类问题、2023•全国•机械能相关的图象类问题、2023•重庆•机械能相关的图象类问题2022•福建•机械能相关的图象类问题、2022•浙江•机械能守恒的判断、2022•河北•多物体的机械能转化及守恒、2022•江苏•机械能相关的图象类问题、2022•全国•机械能相关的图象类问题、2022•湖南•机械能相关的图象类问题、2022•重庆•机械能相关的图象类问题能量守恒定律及其应用2024•浙江•能量的转化与守恒综合类问题、2024•安徽•能量的转化与守恒综合类问题、2024•江西•能量的转化与守恒综合类问题、2024•广西•涉及摩擦力的能量转化问题2023•山东•能量的转化与守恒综合类问题、2023•全国•涉及摩擦力的能量转化问题2022•浙江•能量的转化与守恒综合类问题、2022•浙江•能量的转化与守恒综合类问题能量守恒定律及其应用2024•山东•涉及弹簧的能量转化、2024•北京•涉及弹簧的能量转化、2024•江苏•涉及弹簧的能量转化、2024•福建•涉及弹簧的能量转化、2024•辽宁•涉及弹簧的能量转化2023•浙江•涉及弹簧的能量转化(2题)、2023•湖北•涉及弹簧的能量转化、2023•全国•涉及弹簧的能量转化2022•江苏•涉及弹簧的能量转化、2022•湖北•涉及弹簧的能量转化命题规律①机械能的变化及守恒的判断；②机械能守恒定律的考查；③机械能相关的图像类问题的考查；④能量及能量守恒定律的考察考向预测本专题属于重点、热点、难点内容；高考命题以选择题或计算题的形式出现；结合匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动等物体的典型运动进行考查机械能的是否守恒、如何变化；在简单问题中利用机械能守恒去求解一些物理量；在综合问题的某一过程中遵守机械能守恒定律时进行考查；机械能相关的图像类问题的考查；机械能会与后面的电学结合起来，机械能与电势能转化问题进行综合考核；能量方面主要涉及弹簧的能量与摩擦力做功的能量转化问题，借助板块、传送带模型，结合动量等碰撞知识综合考察。在电磁感应中也经常利用能量守恒求解发热等问题。命题情境蹦极运动、过山车等能量问题，生活、生产中能量守恒定律的应用；单物体机械能守恒，用绳、杆连接的系统机械能守恒问题，含弹簧系统机械能守恒问题，传送带、板块模型的能量问题常用方法微元法、函数法、图像法、比较法、极限法；理解过程与状态、过程量与状态量。题型一机械能守恒定律的应用考点1机械能守恒的判断方法及特殊情况1.利用做功判断：若物体或系统只有重力(或弹簧的弹力)做功，虽受其他力，但其他力不做功(或做功代数和为0)，则机械能守恒．2.利用能量转化判断：若物体或系统与外界没有能量交换，物体或系统也没有机械能与其他形式能的转化，则机械能守恒．3.利用机械能的定义判断：若物体动能、势能之和不变，则机械能守恒．4.对一些绳子突然绷紧，物体间非弹性碰撞等问题，除非题目特别说明，机械能必定不守恒，完全非弹性碰撞过程机械能也不守恒.考点2系统机械能守恒的三种表示方式1.守恒角度：系统初状态机械能的总和与末状态机械能的总和相等，即E1=E2注意：选好重力势能的参考平面，且初、末状态必须用同一参考平面计算势能.2.转化角度：系统减少(或增加)的重力势能等于系统增加(或减少)的动能，即ΔEk＝－ΔEp、注意：分清重力势能的增加量或减少量，可不选参考平面而直接计算初、末状态的势能差.3.转移角度：系统内A部分物体机械能增加量等于B部分物体机械能减少量，即ΔEA增＝ΔEB减注意：常用于解决两个或多个物体组成的系统的机械能守恒问题.解题时究竟选取哪一种表达形式，应根据题意灵活选取;需注意的是:选用解题时究竟选取哪一种表达形式，应根据题意灵活选取;需注意的是:选用①式时，必须规定零势能参考面，而选用②式和③式时，可以不规定零势能参考面，但必须分清能量的减少量和增加量.考点3多物体系统及连接体的机械能守恒问题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，先确定系统中哪些能量增加、哪些能量减少，一般选用ΔEk＝－ΔEp或ΔEA＝－ΔEB的形式解决问题．4.典型模型共速率模型分清两物体位移大小与高度变化关系共角速度模型两物体角速度相同，由v＝ωr知，v与r成正比；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．关联速度模型此类问题注意速度的分解，找出两物体速度关系（沿绳(或沿杆)方向的分速度大小相等），当某物体位移最大时，速度可能为0轻弹簧模型①同一根弹簧弹性势能的大小取决于弹簧形变量的大小，在弹簧弹性限度内，形变量相等，弹性势能相等②由两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统：弹簧形变量最大时，弹簧两端连接的物体具有相同的速度；弹簧处于自然长度时，弹簧弹性势能最小(为零)以上连接体不计阻力和摩擦力，系统(包含弹簧)机械能守恒，单个物体机械能不守恒。若存在摩擦生热，机械能不守恒，可用能量守恒定律进行分析。以上连接体不计阻力和摩擦力，系统(包含弹簧)机械能守恒，单个物体机械能不守恒。若存在摩擦生热，机械能不守恒，可用能量守恒定律进行分析。考点5应用机械能守恒定律解题的思路及步骤1.选取研究对象；2.进行受力分析，明确各力的做功情况，判断机械能是否守恒；3.选取参考平面，确定初、末状态的机械能或确定动能和势能的改变量；4.根据机械能守恒定律选择合适的表达式列出方程；5.解方程求出结果，并对结果进行必要的讨论和说明．考点4机械能相关的图象类问题1．解决图象问题的基本步骤1）观察题目给出的图象，弄清纵坐标、横坐标所对应的物理量及图线所表示的物理意义．2）根据物理规律推导出纵坐标与横坐标所对应的物理量间的函数关系式．3）将推导出的物理规律与数学上与之相对应的标准函数关系式相对比，找出图线的斜率、截距、图线的交点、图线下的面积等所表示的物理意义，分析解答问题，或者利用函数图线上的特定值代入函数关系式求物理量．2．图象所围“面积”和图象斜率的含义1）图像：图线与横轴围成的面积表示位移（）2）图像：图线与横轴围成的面积表示速度变化量（）3）图像：图线与横轴围成的面积表示功（）4）图像：图线的斜率表示合外力（）5）图像：图线的斜率的绝对值表示重力（）6）图像：图线与横轴围成的面积表示功（）1．（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2．（2024·宁夏四川·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3．（2022·河北·高考真题）（多选）如图，轻质定滑轮固定在天花板上，物体和用不可伸长的轻绳相连，悬挂在定滑轮上，质量，时刻将两物体由静止释放，物体的加速度大小为。时刻轻绳突然断开，物体能够达到的最高点恰与物体释放位置处于同一高度，取时刻物体所在水平面为零势能面，此时物体的机械能为。重力加速度大小为，不计摩擦和空气阻力，两物体均可视为质点。下列说法正确的是（）A．物体和的质量之比为 B．时刻物体的机械能为C．时刻物体重力的功率为 D．时刻物体的速度大小4．（2023·浙江·高考真题）铅球被水平推出后的运动过程中，不计空气阻力，下列关于铅球在空中运动时的加速度大小a、速度大小v、动能Ek和机械能E随运动时间t的变化关系中，正确的是（）A．

B．

C．

D．

考向1机械能及其守恒的判断和简单应用1．（2024·陕西安康·一模）如图所示，一游客体验蹦极，身系弹性蹦极绳从水面上方的高台由静止下落，到最低点时离水面很近。不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．下落过程中游客机械能守恒B．蹦极绳刚拉直时游客的速度最大C．下落过程中弹性势能的增大量大于重力势能的减小量D．下落过程中游客的机械能和蹦极绳的弹性势能之和不变2．（2024·江苏南通·模拟预测）地球的三颗不同人造卫星分别沿椭圆轨道l、轨道2、轨道3运动，如图所示，已知三条轨道的半长轴均相等，其周期分别为，机械能分别为，则下列说法正确的是（）A．B．C．D．考向2多物体的机械能转化及守恒3．（2024·安徽合肥·模拟预测）如图所示，长度相同的三根轻杆构成一个正三角形支架，在A处固定质量为2m的小球，B处固定质量为m的小球。支架悬挂在O点，可绕过O点并与支架所在平面相垂直的固定轴转动。开始时OB与地面相垂直。放手后开始运动，在不计任何阻力的情况下，下列说法不正确的是（）A．A球到达最低点时速度为零B．A球机械能减少量等于B球机械能增加量C．B球向左摆动所能达到的最高位置应高于A球开始运动时的高度D．当支架从左向右回摆时，A球一定能回到起始高度4．（2025·宁夏陕西·模拟预测）（多选）如图，倾角为30°且足够长的光滑斜劈固定在水平面上，P、Q两个物体通过轻绳跨过光滑定滑轮连接，Q的另一端与固定在水平面的轻弹簧连接，P和Q的质量分别为4m和m。初始时，控制P使轻绳伸直且无拉力，滑轮左侧轻绳与斜劈上表面平行，右侧轻绳竖直，弹簧始终在弹性限度范围内，弹簧劲度系数为k，重力加速度大小为g。现无初速释放P，则在物体P沿斜劈下滑过程中（）A．轻绳拉力大小一直增大 B．物体P的加速度大小一直增大C．物体P沿斜劈下滑的最大距离为 D．物体P的最大动能为考向3机械能相关的图象类问题5．（2024·山东菏泽·模拟预测）一台起重机将工件从地面由静止向上提起，在向上匀加速运动过程中，重物上升的高度为h时，动能为，重力势能为，机械能为E，克服重力做功的功率为P，设地面为重力势能为零，下列图像不能描述上述过程的是（

）A． B．C． D．6．（2024·重庆·模拟预测）（多选）对一静止在水平地面上的物体（可视为质点）施加一竖直向上的恒力，物体上升至一定高度时撤去力。物体向上运动过程中，其机械能随距地面高度变化的关系如图所示。已知物体所受阻力大小恒定，物体上升的最大高度为，重力加速度为，则下列说法正确的是（

）A．物体质量为 B．物体质量为C．物体所受阻力大小为 D．物体所受阻力大小为7．（2024·河北沧州·三模）（多选）如图甲所示，斜面体固定在水平地面上，在斜面底端固定一挡板与斜面垂直，质量为m的小物块从斜面的顶端滑下，在下滑的过程中，其机械能与重力势能随位移的变化图像如图乙所示，已知斜面长为l，物块与挡板碰撞为弹性碰撞，已知物体与斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则下列说法正确的是（

）A．在整个运动过程中，物块克服摩擦产生的热量为。B．物块下滑的时间为C．滑块运动的总路程为D．斜面的动摩擦因数为题型二能量守恒定律及其应用考点1摩擦力做功的能量问题1.无论是静摩擦力还是滑动摩擦力都可以对物体可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。2.静摩擦力做功的能量问题1）静摩擦做功只有机械能从一个物体转移到另一个物体，而没有机械能转化为其他形式的能。2）一对静摩擦力所做功的代数和总等于零，而总的机械能保持不变。3.滑动摩擦力做功的能量问题1）滑动摩擦力做功时，一部分机械能从一个物体转移到另一个物体，另一部分机械能转化为内容，因此滑动摩擦力做功有机械能损失。2）一对滑动摩擦力做功的代数和总是负值，总功，即发生相对滑动时产生的热量。考点2能量守恒定律的深层次理解1．内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．2．理解1）某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；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．考点3应用能量守恒定律解题时的注意事项1.明确研究对象是单个物体还是系统(系统是否包括弹簧在内)，了解对应的受力情况和运动情况。2.弄清楚能量转化和损失的去向。首先应确定初、末状态，然后分清有多少种形式的能在转化，再分析哪种形式的能在增加，哪种形式的能在减少。3.当涉及摩擦力做功时，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＝Ffx相对，x相对为相对滑动的两物体间相对滑动路径的总长度。1．（2023·全国·高考真题）（多选）如图，一质量为M、长为l的木板静止在光滑水平桌面上，另一质量为m的小物块（可视为质点）从木板上的左端以速度v0开始运动。已知物块与木板间的滑动摩擦力大小为f，当物块从木板右端离开时（

）

A．木板的动能一定等于fl B．木板的动能一定小于flC．物块的动能一定大于 D．物块的动能一定小于2．（2024·安徽·高考真题）在某地区的干旱季节，人们常用水泵从深水井中抽水灌溉农田，简化模型如图所示。水井中的水面距离水平地面的高度为H。出水口距水平地面的高度为h，与落地点的水平距离约为l。假设抽水过程中H保持不变，水泵输出能量的倍转化为水被抽到出水口处增加的机械能。已知水的密度为，水管内径的横截面积为S，重力加速度大小为g，不计空气阻力。则水泵的输出功率约为（

）A． B．C． D．3．（2022·浙江·高考真题）风力发电已成为我国实现“双碳”目标的重要途径之一。如图所示，风力发电机是一种将风能转化为电能的装置。某风力发电机在风速为时，输出电功率为，风速在范围内，转化效率可视为不变。该风机叶片旋转一周扫过的面积为，空气密度为，风场风速为，并保持风正面吹向叶片。下列说法正确的是（）A．该风力发电机的输出电功率与风速成正比B．单位时间流过面积的流动空气动能为C．若每天平均有的风能资源，则每天发电量为D．若风场每年有风速在范围内，则该发电机年发电量至少为考向1涉及摩擦力的能量转化问题1．（2024·重庆·模拟预测）如图所示，光滑水平面上有一倾角θ＝37°的斜面体B，物块A从斜面体底部以初速度v0＝5m/s开始上滑。已知mA＝1kg，mB＝2kg，物块A可视为质点，斜面体B上表面光滑，运动过程中物块A始终不脱离斜面体，g取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。(1)若斜面体B固定，求物块A上升的最大高度；(2)若斜面体B可自由滑动，求物块A上升的最大高度；(3)若斜面体B可自由滑动，且其表面有一层绒布，物块A相对斜面上滑时动摩擦因数μ1＝0.5，下滑时μ2，求物块A从出发到重新回到最低点的过程中的位移大小及系统因摩擦产生的热量。

考向2能量的转化与守恒综合类问题2．（2024·四川达州·一模）溜溜球是一种玩具，两个圆饼状的塑钢块中心用一根轴固定相连，成为一个整体。绳的一端固定在轴上，将绳缠绕在轴上，绳的另一端用手拉住或固定在天花板上。从静止释放后，溜溜球会一边转动一边下落。如图所示，现有两个完全一样的溜溜球，绳长均为l。将左边一个溜溜球的绳缠绕在轴上，右边一个溜溜球的绳不绕在轴上。将两个溜溜球同时从同一高度由静止释放，它们各自下落到0.5l处时，左边溜溜球的下落速度，右边溜溜球的下落速度。下列关于、大小关系正确的是（）A． B． C． D．无法确定3．（2024·浙江·一模）新安江水电站是我国第一座"自己设计、自制设备、自行施工"的大型水力发电站，上下游高度差约73米，共有9台相同的发电机组，总装机容量约为85万千瓦，只有在用电高峰时才会开启9台机组，平均年发电量为18.6亿千瓦时，这些发电机组的额定电压为14kV。已知，杭州现行阶梯电价的第一档为年用电小于等于。下列正确的是（

）A．每台发电机输出的最大瞬时电流约为1kAB．一度电的能量约为10立方米的水从水库上游流下时减少的重力势能。C．一年平均开启的发电机组约6台。D．按照每户家庭阶梯电价1挡最高用电量计算，新安江水电站可以满足约67万户家庭的生活用电难点突破涉及弹簧的能量综合问题考点1涉及弹簧的能量问题从能量的角度看,弹簧是储能元件.处理涉及弹簧的能量问题时,要特别注意:1.当涉及弹簧的弹力做功时,由于弹簧的弹力是变力,故一般不直接采用功的定义式求解.中学阶段通常根据动能定理、机械能守恒定律或能量守恒定律来间接求解弹簧弹力做的功或弹簧储存的弹性势能.2.弹簧的弹性势能与弹簧的规格和形变程度有关,对同一根弹簧而言,无论是处于伸长状态还是压缩状态,只要形变量相同,其储存的弹性势能就相同.1．（2024·山东·高考真题）如图所示，质量均为m的甲、乙两同学，分别坐在水平放置的轻木板上，木板通过一根原长为l的轻质弹性绳连接，连接点等高且间距为d（d<l）。两木板与地面间动摩擦因数均为μ，弹性绳劲度