功能关系能量守恒定律
考纲解读1.知道功是能量转化的量度，掌握重力的功、弹力的功、合力的功与对应的能量转化关系.2.知道自然界中的能量转化，理解能量守恒定律，并能用来分析有关问题．
1．[功能关系的理解]用恒力F向上拉一物体，使其由地面处开始加速上升到某一高度．若该过程空气阻力不能忽略，则下列说法中正确的是()
A．力F做的功和阻力做的功之和等于物体动能的增量
B．重力所做的功等于物体重力势能的增量
C．力F做的功和阻力做的功之和等于物体机械能的增量
D．力F、重力、阻力三者的合力所做的功等于物体机械能的增量
答案 C
2．[能的转化与守恒定律的理解]如图1所示，美国空军X－37B无人航天飞机于2010年4月首飞，在X－37B由较低轨道飞到较高轨道的过程中()
图1
A．X－37B中燃料的化学能转化为X－37B的机械能
B．X－37B的机械能要减少
C．自然界中的总能量要变大
D．如果X－37B在较高轨道绕地球做圆周运动，则在此轨道上其机械能不变
答案AD
解析在X－37B由较低轨道飞到较高轨道的过程中，必须启动助推器，对X－37B做正功，X－37B的机械能增大，A对，B错．根据能量守恒定律，C错．X－37B在确定轨道上绕地球做圆周运动，其动能和重力势能都不会发生变化，所以机械能不变，D 对．
3．[能量守恒定律的应用]如图2所示，ABCD是一个盆式容器，盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧，B、C在水平线上，其距离d＝0.5 m．盆边缘的高度为
h＝0.3 m．在A处放一个质量为m的小物块并让其由静止下滑．已知盆内侧壁是光滑的，而盆底BC面与小物块间的动摩擦因数为μ＝0.1.小物块在盆内来回滑动，最后停下来，则停下的位置到B的距离为()
图2
A．0.5 m B．0.25 m C．0.1 m D．0
答案 D
解析由mgh＝μmgx，得x＝3 m，而x
d＝
3 m
0.5 m＝6，即3个来回后，小物块恰停在B点，
选项D正确．
一、几种常见的功能关系
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另一种形式，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．表达式：ΔE减＝ΔE增．
考点一功能关系的应用
例1如图3所示，在升降机内固定一光滑的斜面体，一轻弹簧的一端连在位于斜面体上方的固定木板B上，另一端与质量为m的物块A相连，弹簧与斜面平行．整个系统由静止开始加速上升高度h的过程中()
图3
A．物块A的重力势能增加量一定等于mgh
B．物块A的动能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和
C．物块A的机械能增加量等于斜面的支持力和弹簧的拉力对其做功的代数和
D．物块A和弹簧组成的系统的机械能增加量等于斜面对物块的支持力和B对弹簧的拉力做功的代数和
解析由于斜面光滑，物块A静止时弹簧弹力与斜面支持力的合力与重力平衡，当整个装置加速上升时，由牛顿第二定律可知物块A受到的合力应向上，故弹簧伸长量增加，物块A相对斜面下滑一段距离，故选项A错误；根据动能定理可知，物块A动能的增加量应等于重力、支持力及弹簧弹力对其做功的代数和，故选项B错误；物块A 机械能的增加量应等于除重力以外的其他力对其做功的代数和，选项C正确；物块A 和弹簧组成的系统的机械能增加量应等于除重力和弹簧弹力以外的其他力做功的代数和，故选项D正确．
答案CD
突破训练1物块由静止从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点，此过程中重力对物块做的功等于()
A．物块动能的增加量
B．物块重力势能的减少量
C．物块重力势能的减少量和物块动能的增加量以及物块克服摩擦力做的功之和
D．物块动能的增加量与物块克服摩擦力做的功之和
答案BD
考点二摩擦力做功的特点及应用
1．静摩擦力做功的特点
(1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．
(2)相互作用的一对静摩擦力做功的代数和总等于零．
(3)静摩擦力做功时，只有机械能的相互转移，不会转化为内能．
2．滑动摩擦力做功的特点
(1)滑动摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．
(2)相互间存在滑动摩擦力的系统内，一对滑动摩擦力做功将产生两种可能效果： ①机械能全部转化为内能；
②有一部分机械能在相互摩擦的物体间转移，另外一部分转化为内能．
(3)摩擦生热的计算：Q ＝F f x 相对．其中x 相对为相互摩擦的两个物体间的相对位移． 深化拓展 从功的角度看，一对滑动摩擦力对系统做的功等于系统内能的增加量；从能量的角度看，其他形式能量的减少量等于系统内能的增加量．
例2 如图4所示，质量为m 的长木块A 静止于光滑水平面上，在其水平的上表面左端放
一质量为m 的滑块B ，已知木块长为L ，它与滑块之间的动摩擦因数为μ.现用水平向右的恒力F 拉滑块B .
图4
(1)当长木块A 的位移为多少时，B 从A 的右端滑出？
(2)求上述过程中滑块与木块之间产生的内能．
审题指导 当把滑块B 拉离A 时，B 的位移为A 的位移与A 的长度之和．注意：审题时要画出它们的位移草图．
解析 (1)设B 从A 的右端滑出时，A 的位移为x ，A 、B 的速度分别为v A 、v B ，由动能定理得
μmgx ＝12m v 2A
(F －μmg )·(x ＋L )＝12m v 2B
又因为v A ＝a A t ＝μgt
v B ＝a B t ＝F －μmg m
t 解得x ＝μmgL F －2μmg
. (2)由功能关系知，拉力F 做的功等于A 、B 动能的增加量和A 、B 间产生的内能，即有
F (x ＋L )＝12m v 2A ＋12
m v 2B ＋Q 解得Q ＝μmgL .
答案 (1)μmgL F －2μmg
(2)μmgL 突破训练2 如图5所示，足够长的传送带以恒定速率顺时针运行．将一个物体轻轻放在传
送带底端，第一阶段物体被加速到与传送带具有相同的速度，第二阶段与传送带相对静止，匀速运动到达传送带顶端．下列说法中正确的是( )
图5
A ．第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体不做功
B ．第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加
C ．第一阶段物体和传送带间的摩擦生热等于第一阶段物体机械能的增加量
D ．物体从底端到顶端全过程机械能的增加量等于全过程物体与传送带间的摩擦生热 答案 C
解析 第一阶段摩擦力对物体做正功，第二阶段摩擦力对物体仍做正功，选项A 错误；
第一阶段摩擦力对物体做的功等于第一阶段物体动能的增加量和重力势能的增加量，选项B 错误；第一阶段物体和传送带间的摩擦生热等于第一阶段物体机械能的增加量，选项C 正确；物体从底端到顶端全过程机械能的增加量大于全过程物体与传送带间的摩擦生热，选项D 错误．
考点三 能量守恒定律及应用
列能量守恒定律方程的两条基本思路：
(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． 例3 如图6所示，质量为m 的物体在水平传送带上由静止释放，传送带由电动机带动，始
终保持以速度v 匀速运动，物体与传送带间的动摩擦因数为μ，物体在滑下传送带之前能保持与传送带相对静止，对于物体从静止释放到与传送带相对静止这一过程，下列说法中正确的是( )
图6
A ．电动机多做的功为12
m v 2 B ．物体在传送带上的划痕长v 2μg
C ．传送带克服摩擦力做的功为12
m v 2 D ．电动机增加的功率为μmg v
解析 物体与传送带相对静止之前，物体做匀加速运动，由运动学公式知x 物＝v 2
t ，传送带做匀速运动，由运动学公式知x 传＝v t ，对物体根据动能定理μmgx 物＝12
m v 2，摩擦产生的热量Q ＝μmgx 相对＝μmg (x 传－x 物)，四式联立得摩擦产生的热量Q ＝12
m v 2，根据能量守恒定律，电动机多做的功一部分转化为物体的动能，一部分转化为热量，故电动
机多做的功等于m v 2
，A 项错误；物体在传送带上的划痕长等于x 传－x 物＝x 物＝v 2
2μg ，B 项错误；传送带克服摩擦力做的功为μmgx 传＝2μmgx 物＝m v 2，C 项错误；电动机增加的功率也就是电动机克服摩擦力做功的功率为μmg v ，D 项正确．
答案 D
应用能量守恒定律解题的步骤
(1)分清有多少形式的能[如动能、势能(包括重力势能、弹性势能、电势能)、内能等]在变化；
(2)明确哪种形式的能量增加，哪种形式的能量减少，并且列出减少的能量ΔE 减和增加的能量ΔE 增的表达式；
(3)列出能量守恒关系式：ΔE 减 ＝ΔE 增．
突破训练3 如图7所示，传送带保持1 m/s 的速度顺时针转动．现将一质量m ＝0.5 kg 的
小物体轻轻地放在传送带的a 点上，物体与传送带间的动摩擦因数μ＝0.1，a 、b 间的距离L ＝2.5 m ，g ＝10 m/s 2.设物体从a 点运动到b 点所经历的时间为t ，该过程中物体和传送带间因摩擦而产生的热量为Q ，下列关于t 和Q 的值正确的是( )
图7
A．t＝ 5 s，Q＝1.25 J B．t＝ 3 s，Q＝0.5 J
C．t＝3 s，Q＝0.25 J D．t＝2.5 s，Q＝0.25 J
答案 C
24.传送带模型中的动力学和能量转化问题
1．模型概述
传送带模型是高中物理中比较成熟的模型，典型的有水平和倾斜两种情况．一般设问的角度有两个：
(1)动力学角度：首先要正确分析物体的运动过程，做好受力情况分析，然后利用运动
学公式结合牛顿第二定律，求物体及传送带在相应时间内的位移，找出物体和传送带之间的位移关系．
(2)能量角度：求传送带对物体所做的功、物体和传送带由于相对滑动而产生的热量、
因放上物体而使电动机多消耗的电能等，常依据功能关系或能量守恒定律求解．
2．传送带模型问题中的功能关系分析
(1)功能关系分析：W F＝ΔE k＋ΔE p＋Q.
(2)对W F和Q的理解：
①传送带的功：W F＝Fx传；
②产生的内能Q＝F f x相对．
传送带模型问题的分析流程
例4如图8所示，是利用电力传送带装运麻袋包的示意图．传送带长l＝20 m，倾角θ＝37°，麻袋包与传送带间的动摩擦因数μ＝0.8，传送带的主动轮和从动轮半径R相等，传送带不打滑，主动轮顶端与货车车箱底板间的高度差为h＝1.8 m，传送带匀速运动的速度为v＝2 m/s.现在传送带底端(传送带与从动轮相切位置)由静止释放一只麻袋包(可视为质点)，其质量为100 kg，麻袋包最终与传送带一起做匀速运动，到达主动轮时随轮一起匀速转动．如果麻袋包到达主动轮的最高点时，恰好水平抛出并落在货车车箱底板中心，重力加速度g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：
图8
(1)主动轮轴与货车车箱底板中心的水平距离x 及主动轮的半径R ；
(2)麻袋包在传送带上运动的时间t ；
(3)该装运系统每传送一只麻袋包需额外消耗的电能．
审题与关联
解析 (1)设麻袋包平抛运动时间为t ，有h ＝12
gt 2，x ＝v t ，解得：x ＝1.2 m 麻袋包在主动轮的最高点时，有
mg ＝m v 2R
解得：R ＝0.4 m
(2)对麻袋包，设匀加速运动时间为t 1，匀速运动时间为t 2，有μmg cos θ－mg sin θ＝ma v ＝at 1
x 1＝12at 21
l －x 1＝v t 2
联立以上各式解得：t ＝t 1＋t 2＝12.5 s
(3)设麻袋包匀加速运动时间内相对传送带的位移为Δx ，每传送一只麻袋包需额外消耗的电能为ΔE ，有Δx ＝v t 1－x 1
由能量守恒定律得ΔE ＝mgl sin θ＋12
m v 2＋μmg cos θ·Δx
解得：ΔE＝15 400 J
答案(1)1.2 m0.4 m(2)12.5 s(3)15 400 J
高考题组
1．(2013·山东·16)如图9所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面bc 与水平面的夹角相同，顶角b处安装一定滑轮．质量分别为M、m(M>m)的滑块、通过不可伸长的轻绳跨过定滑轮连接，轻绳与斜面平行．两滑块由静止释放后，沿斜面做匀加速运动．若不计滑轮的质量和摩擦，在两滑块沿斜面运动的过程中()
图9
A．两滑块组成系统的机械能守恒
B．重力对M做的功等于M动能的增加
C．轻绳对m做的功等于m机械能的增加
D．两滑块组成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功
答案CD
解析两滑块释放后，M下滑、m上滑，摩擦力对M做负功，系统的机械能减小，减小的机械能等于M克服摩擦力做的功，选项A错误，D正确．除重力对滑块M做正功外，还有摩擦力和绳的拉力对滑块M做负功，选项B错误．绳的拉力对滑块m做正功，滑块m机械能增加，且增加的机械能等于拉力做的功，选项C正确．2．(2012·福建理综·17)如图10所示，表面光滑的固定斜面顶端安装一定滑轮，小物块A、B 用轻绳连接并跨过滑轮(不计滑轮的质量和摩擦)．初始时刻，A、B处于同一高度并恰好处于静止状态．剪断轻绳后A下落，B沿斜面下滑，则从剪断轻绳到物块着地，两物块()
图10
A．速率的变化量不同
B．机械能的变化量不同
C．重力势能的变化量相同
D ．重力做功的平均功率相同
答案 D
解析 A 、B 开始时处于静止状态，对A ：m A g ＝T ①
对B ：T ＝m B g sin θ②
由①②得m A g ＝m B g sin θ
即m A ＝m B sin θ③
剪断轻绳后，A 、B 均遵守机械能守恒定律，机械能没有变化，故B 项错误；由机械能
守恒知，mgh ＝12
m v 2，所以v ＝2gh ，落地速率相同，故速率的变化量相同，A 项错误；由ΔE p ＝mgh ，因m 不同，故ΔE p 不同，C 项错误；重力做功的功率P A ＝m A g v ＝m A g v 2
＝m A g
2gh 2，P B ＝m B g v sin θ＝m B g 2gh 2
sin θ，由③式m A ＝m B sin θ，得P A ＝P B ，D 项正确．
模拟题组
3．如图11所示，一个小球(视为质点)从H ＝12 m 高处，由静止开始沿光滑弯曲轨道AB ，
进入半径R ＝4 m 的竖直圆环内侧，且与圆环的动摩擦因数处处相等，当到达圆环顶点C 时，刚好对轨道压力为零；然后沿CB 圆弧滑下，进入光滑弧形轨道BD ，到达高度为h 的D 点时速度为零，则h 的值可能为( )
图11
A ．10 m
B ．9.5 m
C ．8.5 m
D ．8 m
答案 BC
4．假设某次罚点球直接射门时，球恰好从横梁下边缘踢进，此时的速度为v .横梁下边缘离
地面的高度为h ，足球质量为m ，运动员对足球做的功为W 1，足球运动过程中克服空气阻力做的功为W 2，选地面为零势能面，下列说法正确的是( )
A ．运动员对足球做的功为W 1＝mgh ＋12
m v 2 B ．足球机械能的变化量为W 1－W 2
C ．足球克服空气阻力做的功为W 2＝mgh ＋12
m v 2－W 1
D ．运动员刚踢完球的瞬间，足球的动能为mgh ＋12
m v 2 答案 B
解析 对运动员踢球到球恰好从横梁下边缘踢进这一过程，由动能定理：W 1－mgh －
W 2＝12m v 2，即W 1＝mgh ＋12
m v 2＋W 2，A 错；足球机械能的变化量等于重力以外的其他力做的功，即ΔE ＝W 1－W 2，B 对；由W 1－mgh －W 2＝12m v 2，可得W 2＝W 1－mgh －12
m v 2，C 错；设刚踢完球瞬间足球的动能为E k ，由动能定理：－mgh －W 2＝12m v 2－E k ，E k ＝12
m v 2＋mgh ＋W 2，D 错．
5．工厂流水线上采用弹射装置把物品转运，现简化其模型分析：如图12所示，质量为m
的滑块，放在光滑的水平平台上，平台右端B 与水平传送带相接，传送带的运行速度为v 0，长为L ；现将滑块向左压缩固定在平台上的轻弹簧，到达某处时(仍处于弹簧弹性限度内)由静止释放，若滑块离开弹簧时的速度小于传送带的速度，当滑块滑到传送带右端C 时，恰好与传送带速度相同，滑块与传送带间的动摩擦因数为μ.求：
图12
(1)释放滑块时，弹簧具有的弹性势能；
(2)滑块在传送带上滑行的整个过程中产生的热量．
答案 (1)12
m v 20－μmgL (2)m v 20－m v 0v 20－2μgL －μmgL 解析 (1)由题意知滑块在传送带上一直做匀加速运动，设滑块离开弹簧时的速度为v ，由动能定理可得：
μmgL ＝12m v 20－12
m v 2 对弹簧和滑块构成的系统，由机械能守恒定律得
E p ＝12
m v 2 联立解得：E p ＝12m v 20
－μmgL (2)对滑块在传送带上的运动，由牛顿第二定律和运动学公式可得
μmg ＝ma
v 20－v 2＝2aL
v 0＝v ＋at
联立解得t ＝
v 0－v 20－2μgL μg x 相对＝v 0t －L
所以Q ＝F f ·x 相对＝m v 20－m v 0v 20－2μgL －μmgL
(限时：45分钟)
?题组1 功能关系的理解
1．轻质弹簧吊着小球静止在如图1所示的A 位置，现用水平外力F 将小球缓慢拉到B 位置，
此时弹簧与竖直方向的夹角为θ，在这一过程中，对于小球和弹簧组成的系统，下列说法正确的是( )
图1
A ．系统的弹性势能增加
B ．系统的弹性势能减少
C ．系统的机械能不变
D ．系统的机械能增加
答案 AD
2．如图2所示，汽车在拱形桥上由A 匀速率运动到B ，以下说法正确的是( )
图2
A ．牵引力与克服摩擦力做的功相等
B ．合外力对汽车不做功
C ．牵引力和重力做的总功大于克服摩擦力做的功
D ．汽车在上拱形桥的过程中克服重力做的功转化为汽车的重力势能
答案BD
解析汽车由A匀速率运动到B，合外力始终指向圆心，合外力做功为零，即W牵＋W G－W f＝0，即牵引力与重力做的总功等于克服摩擦力做的功，A、C错误，B正确；
汽车在上拱形桥的过程中，克服重力做的功转化为汽车的重力势能，D正确．
3．如图3所示，长木板A放在光滑的水平地面上，物体B以水平速度冲上A后，由于摩擦力作用，最后停止在木板A上，则从B冲到木板A上到相对木板A静止的过程中，下述说法中正确的是()
图3
A．物体B动能的减少量等于系统损失的机械能
B．物体B克服摩擦力做的功等于系统内能的增加量
C．物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和
D．摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量
答案CD
解析物体B以水平速度冲上A后，由于摩擦力作用，B减速运动，A加速运动，根据能量守恒定律，物体B动能的减少量等于A增加的动能和产生的热量之和，选项A错误；根据动能定理，物体B克服摩擦力做的功等于B损失的动能，选项B错误；由能量守恒定律可知，物体B损失的机械能等于木板A获得的动能与系统损失的机械能之和，选项C正确；摩擦力对物体B做的功等于B动能的减少量，摩擦力对木板A做的功等于A动能的增加量，由能量守恒定律，摩擦力对物体B做的功和对木板A做的功的总和等于系统内能的增加量，选项D正确．
4．一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑水平面上的木块，并刚好从中穿出．对于这一过程，下列说法正确的是()
A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B．子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量
C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和
D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和
答案BD
解析子弹射穿木块的过程中，由于相互间摩擦力的作用使得子弹的动能减少，木块获
得动能，同时产生热量，且系统产生的热量在数值上等于系统机械能的损失量．A 选项没有考虑系统增加的内能，C 选项中应考虑的是系统(子弹和木块)内能的增加，A 、C 错，B 、D 对．
?题组2 功能关系的应用
5．如图4所示，电梯的质量为M ，其天花板上通过一轻质弹簧悬挂一质量为m 的物体．电
梯在钢索的拉力作用下由静止开始竖直向上加速运动，不计空气阻力的影响，当上升高度为H 时，电梯的速度达到v ，则在这段运动过程中，以下说法正确的是( )
图4
A ．轻质弹簧对物体的拉力所做的功等于12
m v 2 B ．钢索的拉力所做的功等于12
m v 2＋MgH C ．轻质弹簧对物体的拉力所做的功大于12
m v 2 D ．钢索的拉力所做的功等于12
(m ＋M )v 2＋(m ＋M )gH 答案 C
6．如图5所示，小球从A 点以初速度v 0沿粗糙斜面向上运动，到达最高点B 后返回A ，C
为AB 的中点．下列说法中正确的是( )
图5
A ．小球从A 出发到返回A 的过程中，位移为零，外力做功为零
B ．小球从A 到
C 与从C 到B 的过程，减少的动能相等
C ．小球从A 到C 与从C 到B 的过程，速度的变化相等
D ．小球从A 到C 与从C 到B 的过程，损失的机械能相等
答案 BD
解析 小球从A 点出发到返回A 点的过程中，位移为零，重力做功为零，但摩擦力始终做负功，A 错误．小球从A 到C 与从C 到B 始终做匀减速直线运动，合外力恒定，
因为C为AB的中点，所以小球克服合外力做功相等，减少的动能相等，小球克服摩擦力做功也相等，损失的机械能相等，B、D正确．小球由A到C的时间小于从C到B 的时间，由Δv＝aΔt知，速度的变化不相等，C错误．
7．如图6所示，质量为M、长度为l的小车静止在光滑水平面上，质量为m的小物块放在小车的最左端．现用一水平恒力F作用在小物块上，使它从静止开始运动，物块和小车之间摩擦力的大小为F f，当小车运动的位移为x时，物块刚好滑到小车的最右端．若小物块可视为质点，则()
图6
A．物块受到的摩擦力对物块做的功与小车受到的摩擦力对小车做功的代数和为零B．整个过程物块和小车间摩擦产生的热量为F f l
C．小车的末动能为F f x
D．整个过程物块和小车增加的机械能为F(x＋l)
答案BC
解析物块与小车之间的摩擦力为滑动摩擦力，这一对滑动摩擦力做功，做功之和应小于零，选项A错误；由功能关系知，系统机械能的增加量为F(l＋x)－F f l，B项正确，
D项错误．对小车应用动能定理知F f x＝1
2M v
2，C项正确．
8．如图7所示，质量为m的可看成质点的物块置于粗糙水平面上的M点，水平面的右端与固定的斜面平滑连接，物块与水平面及斜面之间的动摩擦因数处处相同．物块与弹簧未连接，开始时物块挤压弹簧使弹簧处于压缩状态．现从M点由静止释放物块，物块运动到N点时恰好静止．弹簧原长小于MM′.若物块从M点运动到N点的过程中，物块与接触面之间由于摩擦所产生的热量为Q，物块、弹簧与地球组成系统的机械能为E，物块通过的路程为s.不计转折处的能量损失，下列图象所描述的关系中可能正确的是
()
图7
答案 C
解析 物块在粗糙水平面上滑动时，Q ＝μmgs ，E ＝E 0－μmgs ，可见，当s 较小时，Q －s 图象是一条经过原点的倾斜直线，E －s 图象是一条与纵轴相交、斜率为负值的倾斜直线，斜率的大小k ＝－μmg ；当滑上斜面后，Q ＝μmgs 0＋μmg cos θ(s －s 0)＝μmgs 0(1－cos θ)＋μmg cos θ·s ，E ＝E 0－μmgs 0(1－cos θ)－μmg cos θ·s ，可见，当s 较大或者滑上斜面时，Q －s 图象仍是一条倾斜直线，但斜率变小，E －s 图象也是一条倾斜直线，斜率的大小变为k ＝－μmg cos θ；综上分析，只有选项C 正确．
?题组3 能量守恒定律的综合应用
9．如图8所示，光滑半圆弧轨道半径为R ，OA 为水平半径，BC 为竖直直径．一质量为m
的小物块自A 处以某一竖直向下的初速度滑下，进入与C 点相切的粗糙水平滑道CM 上．在水平滑道上有一轻弹簧，其一端固定在竖直墙上，另一端恰位于滑道的末端C 点(此时弹簧处于自然状态)．若物块运动过程中弹簧最大弹性势能为E p ，且物块被弹簧反弹后恰能通过B 点．已知物块与水平滑道间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g ，求：
图8
(1)物块离开弹簧刚进入半圆轨道时对轨道的压力F N 的大小；
(2)弹簧的最大压缩量d ；
(3)物块从A 处开始下滑时的初速度v 0.
答案 (1)6mg (2)E p μmg －5R 2μ (3) 4E p m
－7gR 解析 (1)由题意可知，物块在B 点满足：
mg ＝m v 2B R
物块由C 点到B 点机械能守恒：
12m v 2C ＝mg ·2R ＋12m v 2B
. 在C 点：F N ′－mg ＝m v 2C R
， 由以上三式联立可得F N ′＝6mg ，
由牛顿第三定律可知，物块对轨道最低点C 的压力
F N ＝F N ′＝6mg .
(2)由能量守恒定律可得：E p ＝μmgd ＋12m v 2C ，解得d ＝E p μmg －5R 2μ
. (3)对物块由A 点下滑到弹簧达最大压缩量的过程应用能量守恒定律可得：12m v 20
＋mgR ＝E p ＋μmgd
解得：v 0＝ 4E p m
－7gR . 10．如图9所示，在粗糙水平台阶上静止放置一质量m ＝0.5 kg 的小物块，它与水平台阶表
面间的动摩擦因数μ＝0.5，且与台阶边缘O 点的距离s ＝5 m ．在台阶右侧固定了一个14
圆弧挡板，圆弧半径R ＝1 m ，今以O 点为原点建立平面直角坐标系．现用F ＝5 N 的水平恒力拉动小物块，一段时间后撤去拉力，小物块最终水平抛出并击中挡板．
图9
(1)若小物块恰能击中挡板上的P 点(OP 与水平方向夹角为37°，已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，g ＝10 m/s 2)，求其离开O 点时的速度大小；
(2)为使小物块击中挡板，求拉力F 作用的最短时间；
(3)改变拉力F 的作用时间，使小物块击中挡板的不同位置．求击中挡板时小物块动能的最小值．
答案 (1)43 3 m/s (2)1 s (3)52
3 J 解析 (1)小物块从O 到P ，做平抛运动
实验：验证机械能守恒定律 1．下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法中，正确的是 ( ) A ．重物质量的称量不准会造成较大误差 B ．重物质量选用得大些，有利于减小误差 C ．重物质量选用得较小些，有利于减小误差 D ．纸带下落和打点不同步不会影响实验 2.用如图所示装置验证机械能守恒定律，由于电火花计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大的阻力，这样实验造成的结果是( ) A ．重力势能的减少量明显大于动能的增加量 B ．重力势能的减少量明显小于动能的增加量 C ．重力势能的减少量等于动能的增加量 D ．以上几种情况都有可能 3．有4条用打点计时器(所用交流电频率为50 Hz)打出的纸带A 、B 、C 、D ，其中一条是做“验证机械能守恒定律”实验时打出的。为找出该纸带，某同学在每条纸带上取了点迹清晰的、连续的4个点，用刻度尺测出相邻两个点间距离依次为s 1、s 2、s 3。请你根据下列s 1、s 2、s 3的测量结果确定该纸带为(已知当地的重力加速度为9.791 m/s 2) ( ) A ．61.0 mm 65.8 mm 70.7 mm B ．41.2 mm 45.1 mm 53. 0mm C ．49.6 mm 53.5 mm 57.3 mm D ．60.5 mm 61.0 mm 60.6 mm
4．如图是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带．有关尺寸在图中已注明．我们选中n 点来验证机械能守恒定律．下面举一些计算n 点速度的方法，其中正确的是( ) A ．n 点是第n 个点，则v n ＝gnT B ．n 点是第n 个点，则v n ＝g (n －1)T C ．v n ＝s n ＋s n ＋1 2T D ．v n ＝h n ＋1－h n －1 2T 5．某研究性学习小组在做“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz ，查得当地的重力加速度g ＝9.80 m/s 2。测得所用重物的质量为1.00 kg 。 (1)下面叙述中正确的是________。 A ．应该用天平称出重物的质量 B ．可选用点迹清晰，第一、二两点间的距离接近2 mm 的纸带来处理数据 C ．操作时应先松开纸带再通电 D ．打点计时器应接在电压为4～6 V 的交流电源上 (2)实验中甲、乙、丙三学生分别用同一装置得到三条点迹清晰的纸带，量出各纸带上第一、二两点间的距离分别为0.18 cm 、0.19 cm 、0.25 cm ，则可肯定________同学在操作上有错误，错误是________。若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A 、B 、C 到第一个点O 间的距离分别为15.55 cm 、19.20 cm 和23.23 cm 。则当打点计时器打点B 时重物的瞬时速度v ＝________ m/s ；重物由O 到B 过程中，重力势能减少了________J ，动能增加了________J(保留3位有效数字)， 6．在“验证机械能守恒定律”的实验中，图(甲)是打点计时器打出的一条纸带，选取
机械能守恒问题 1．如图，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，在将弹簧压缩到最短的整个过程中（） A. 小球动能和弹簧弹性势能之和不断增大 B. 小球重力势能和弹簧弹性势能之和保持不变 C. 小球重力势能和动能之和增大 D. 小球重力势能、动能与弹簧弹性势能之和保持不变 【答案】AD 【解析】对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能这三种形式的能量相互转化，没有与其他形式的能发生交换，也就说小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之和保持不变．对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的重力势能一直减小，则小球动能和弹簧弹性势能之和不断增大，故A正确；在刚接触弹簧的时候这个时候小球的加速度等于重力加速度，在压缩的过程中，弹簧的弹力越来越大，小球所受到的加速度越来越小，直到弹簧的弹力等于小球所受到的重力，这个时候小球的加速度为0，要注意在小球刚接触到加速度变0的工程中，小球一直处于加速状态，由于惯性的原因，小球还是继续压缩弹簧，这个时候弹簧的弹力大于小球受到的重力，小球减速，直到小球的速度为0，这个时候弹簧压缩的最短．所以小球的动能先增大后减小，所以重力势能和弹性势能之和先减小后增加．故B错误．弹簧是一直被压缩的，所以弹簧的弹性势能一直在增大．因为小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之和保持不变，重力势能和动能之和始终减小．故C错误．对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能这三种形式的能量相互转化，没有与其他形式的能发生交换，也就说小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之和保持不变．故D正确．故选AD． 点睛：根据能量守恒小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之和保持不变．其中一个能量的变化可以反映出其余两个能量之和的变化． 2．如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是( ) A. 甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒 B. 乙图中，A置于光滑水平面，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒 C. 丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，A、B组成的系统机械能守恒 D. 丁图中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能守恒 【答案】CD 【解析】甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，除重力做功外，弹簧的弹力对A做负功，则A机械能不守恒，选项A错误；乙图中，A置于光滑水平面，物体B沿光滑斜面下滑，此时A将向后运动，则A对B的弹力将对B做功，则物体B机械能不守恒，选项B
一、第八章 机械能守恒定律易错题培优（难） 1．如图所示，一根轻弹簧一端固定于O 点，另一端与可视为质点的小滑块连接，把滑块放在倾角为θ＝30°的固定光滑斜面上的A 点，此时弹簧恰好水平。将滑块从A 点由静止释放，经B 点到达位于O 点正下方的C 点。当滑块运动到B 点时弹簧与斜面垂直，且此时弹簧恰好处于原长。已知OB 的距离为L ，弹簧始终在弹性限度内，重力加速度为g ，则滑块由A 运动到C 的过程中（ ） A ．滑块的加速度先减小后增大 B ．滑块的速度一直在增大 C ．滑块经过B gL D ．滑块经过C 2gL 【答案】BC 【解析】 【分析】 【详解】 AB ．弹簧原长为L ，在A 点不离开斜面，则 sin 3( )sin c 3300os 0L k mg L ?≤-? ? 在C 点不离开斜面，则有 ( )cos30cos30cos30L k L mg -?≤?? 从A 点滑至C 点，设弹簧与斜面夹角为α（范围为30°≤α≤90°）；从B 点滑至C 点，设弹簧与斜面的夹角为β，则 2sin 30cos mg kx ma β?-= 可知下滑过程中加速度一直沿斜面向下且减小，选项A 错误，B 正确； C ．从A 点滑到B 点，由机械能守恒可得 21cos302 p B mgL E mv ?+= 解得 2cos302 32 p p B E E v gL g m g L L m ?+=+=>选项C 正确； D ．从A 点滑到C 点，由机械能守恒可得 2 1cos302 P C L mg E mv '+=?
43 222 2 cos303 p p C gL E E L v g gL m m ' =+> + ? = 选项D错误。 故选BC。 2．如图所示，质量为1kg的物块（可视为质点），由A点以6m/s的速度滑上正沿逆时针转动的水平传送带（不计两转轮半径的大小），传送带上A、B两点间的距离为8m，已知传送带的速度大小为3m/s，物块与传送带间的动摩擦因数为0.2，重力加速度为2 10m/s。下列说法正确的是（） A．物块在传送带上运动的时间为2s B．物块在传送带上运动的时间为4s C．整个运动过程中由于摩擦产生的热量为16J D．整个运动过程中由于摩擦产生的热量为28J 【答案】BD 【解析】 【分析】 【详解】 AB．滑块先向右匀减速，根据牛顿第二定律有 mg ma μ= 解得 2 2m/s a g μ == 根据运动学公式有 01 0v at =- 解得 1 3s t= 匀减速运动的位移 1 06 3m9m8m 22 v x t L + ==?== > 物体向左匀加速过程，加速度大小仍为2 2m/s a=，根据运动学公式得物体速度增大至2m/s v=时通过的位移 22 1 2 m1m 222 v x a === ?
“重力势能和机械能守恒定律”的典型例题 【例1】如图所示，桌面距地面0.8m,一物 体质量为２kg,放在距桌面0．4ｍ的支架上． （1)以地面为零势能位置，计算物体具有的 势能，并计算物体由支架下落到桌面过程中, 势能减少多少? (２）以桌面为零势能位置时，计算物体具有的势能,并计算物体由支架下落到桌面过程中势能减少多少? 【分析】根据物体相对零势能位置的高度,直接应用公式计算即得． 【解】（1)以地面为零势能位置,物体的高 度h１＝１．2m，因而物体的重力势能： Ｅp1＝ｍｇh1=2×９.8×1．２J＝23．52Ｊ 物体落至桌面时重力势能: E p2=mgh２=２×9．８×０．8J=１5.6８J 物体重力势能的减少量: △E p=E p１-Ｅｐ2=23．52J-15．68Ｊ＝7．8４J
而物体的重力势能: 物体落至桌面时，重力势能的减少量 【说明】通过上面的计算，可以看出,物体的重力势能的大小是相对的，其数值 与零势能位置的选择有．而重力势能的变化是绝对的，它与零势能位置的选择无关,其变化值是与重力对物体做功的多少有关.当物体从支架落到桌面时重力做功: 【例２】质量为2kg的物体自高为100ｍ处以5ｍ／s的速度竖直落下,不计空气 阻力，下落2s，物体动能增加多少？重力势能减少多少？以地面为重力势能零位置,此时物体的机械能为多少?(ｇ取1０m／s2） 【分析】物体下落时,只受重力作用，其加速度a=ｇ,由运动学公式算出２ｓ末的速度和2ｓ内下落高度，即可由定义式算出动能和势能． 【解】物体下落至2s末时的速度为： 2ｓ内物体增加的动能: 2s内下落的高度为：
一、单个物体的机械能守恒 判断一个物体的机械能是否守恒有两种方法：（1）物体在运动过程中只有重力做功，物体的机械能守恒。 物体在运动过程中不受媒质阻力和摩擦阻力，物体的机械能守恒。 所涉及到的题型有四类：（1）阻力不计的抛体类。（2）固定的光滑斜面类。（3）固定的光滑圆弧类。（4）悬点固定的摆动类。 （1）阻力不计的抛体类 包括竖直上抛；竖直下抛；斜上抛；斜下抛；平抛，只要物体在运动过程中所受的空气阻力不计。那么物体在运动过程中就只受重力作用，也只有重力做功，通过重力做功，实现重力势能与机械能之间的等量转换，因此物体的机械能守恒。 例：在高为h 的空中以初速度v 0抛也一物体，不计空气阻力，求物体落地 时的速度大小？ 分析：物体在运动过程中只受重力，也只有重力做功，因此物体的机械能守恒，选水平地面为零势面，则物体抛出时和着地时的机械能相等 2202 121t mv mv mgh =+ 得：gh v v t 220+= （2）固定的光滑斜面类 在固定光滑斜面上运动的物体，同时受到重力和支持力的作用，由于支持力和物体运动的方向始终垂直，对运动物体不做功，因此，只有重力做功，物体的机械能守恒。 例，以初速度v 0 冲上倾角为光滑斜面，求物体在斜面上运动的距离是多少？ 分析：物体在运动过程中受到重力和支持力的作用，但只有重力做功，因此物体的机械能守恒，选水平地面为零势面，则物体开始上滑时和到达最高时的机械能相等 θsin 2120?==mgs mgh mv 得：θ sin 220g v s = （3）固定的光滑圆弧类 在固定的光滑圆弧上运动的物体，只受到重力和支持力的作用，由于支持力始终沿圆弧的法线方向而和物体运动的速度方向垂直，对运动物体不做功，故只有重力做功，物体的机械能守恒。 例：固定的光滑圆弧竖直放置，半径为R ，一体积不计的金属球在圆弧的最低点至少具有多大的速度才能作一个完整的圆周运动？ 分析：物体在运动过程中受到重力和圆弧的压力，但只有重力做功，因此物体的机械能守恒，选物体运动的最低点为重力势能的零势面，则物体在最低和最高点时的机械能相等 2202 1221t mv R mg mv += 要想使物体做一个完整的圆周运动，物体到达最高点时必须具有的最小速度为： Rg v t = 所以 gR v 50= （4）悬点固定的摆动类 和固定的光滑圆弧类一样，小球在绕固定的悬点摆动时，受到重力和拉力的作用。由于悬线的拉力自始至终都沿法线方向，和物体运动的速度方向垂直而对运动物体不做功。因此只有重力做功，物体的机械能守恒。 例：如图，小球的质量为m ，悬线的长为L ，把小球拉开使悬线和竖直方向的夹角为，然后从静止释放，
功能关系能量守恒定律 考纲解读1.知道功是能量转化的量度，掌握重力的功、弹力的功、合力的功与对应的能量转化关系.2.知道自然界中的能量转化，理解能量守恒定律，并能用来分析有关问题． 1．[功能关系的理解]用恒力F向上拉一物体，使其由地面处开始加速上升到某一高度．若该过程空气阻力不能忽略，则下列说法中正确的是() A．力F做的功和阻力做的功之和等于物体动能的增量 B．重力所做的功等于物体重力势能的增量 C．力F做的功和阻力做的功之和等于物体机械能的增量 D．力F、重力、阻力三者的合力所做的功等于物体机械能的增量 答案 C
2．[能的转化与守恒定律的理解]如图1所示，美国空军X－37B无人航天飞机于2010年4月首飞，在X－37B由较低轨道飞到较高轨道的过程中() 图1 A．X－37B中燃料的化学能转化为X－37B的机械能 B．X－37B的机械能要减少 C．自然界中的总能量要变大 D．如果X－37B在较高轨道绕地球做圆周运动，则在此轨道上其机械能不变 答案AD 解析在X－37B由较低轨道飞到较高轨道的过程中，必须启动助推器，对X－37B做正功，X－37B的机械能增大，A对，B错．根据能量守恒定律，C错．X－37B在确定轨道上绕地球做圆周运动，其动能和重力势能都不会发生变化，所以机械能不变，D 对． 3．[能量守恒定律的应用]如图2所示，ABCD是一个盆式容器，盆内侧壁与盆底BC的连接处都是一段与BC相切的圆弧，B、C在水平线上，其距离d＝0.5 m．盆边缘的高度为h＝0.3 m．在A处放一个质量为m的小物块并让其由静止下滑．已知盆内侧壁是光滑的，而盆底BC面与小物块间的动摩擦因数为μ＝0.1.小物块在盆内来回滑动，最后停下来，则停下的位置到B的距离为()
机械能守恒和转化专题训练 1.（2018山东临沂，8，2）如图所示，单摆中的小球在ABC间不停地往复运动，如果不考虑阻力的影响，以下说法错误的是（） A．小球在A、C处的势能最大 B．小球在B处只受重力作用 C．小球由A到B过程中，重力势能转化为动能 D．小球运动到C处时，如果受到的外力全部消失，将保持静止 【答案】B 2.（2018?天津）用细线将小球系好后，固定在天花板上，做成一个摆。如图所示，小球从A点摆动到B点的过程中（） A．速度变小，动能变大 B．速度变小，动能变小 C．速度变大，重力势能变小D．速度变大，重力势能变大 【答案】C。 3.（2018年山东省潍坊市，12，4分）如图所示，滚摆由最高点释放，旋转着下降到最低点后又上升，每次上升的最大高度逐渐降低，下列说法正确的是（） A.下降时重力势能转化为动能和内能 B.下降时减少的重力势能等于增加的动能 C.上升时减少的动能等于增加的重力势能 D.上升的最大高度逐渐降低说明机械能不守恒 【答案】AD 4.（2018山东聊城，7，3） 2018年2月12日13时03分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，以“一箭双星”方式成功发射第二十八、二十九颗北斗导航卫星，如
图所示的卫星沿椭圆轨道绕地球运行，离地球最近的一点叫近地点，最远的一点叫远地点，它在大气层外运行，不受空气阻力，则下列说法正确的是（） A．卫星从远地点运行到近地点，重力势能减小，动能增大，机械能守恒 B．卫星从远地点运行到近地点，重力势能增大，动能减小，机械能守恒 C．卫星从近地点运行到远地点，重力势能增大，动能增大，机械能不守恒 D．卫星从近地点运行到远地点、重力势能减小，动能减小，机械能不守恒 【答案】A 5.（2018山东泰安，9，2） 2018年5月21日凌晨，我国成功利用长征四号丙运载火箭将“鹊桥”号中继卫星发射升空，迈出了人类航天器月背登陆第一步！下列有关说法正确的是（） A．火箭点火升空过程中，内能转化为机械能 B．火箭点火升空过程中，火箭的惯性消失 C．火箭加速上升过程中，重力势能转化为动能 D．火箭加速上升过程中，只受到重力和空气阻力 【答案】A 6.（2018浙江湖州，6，3）在某次演习中，解放军在海拔6000米的高空空投重达8吨的新型履带式伞兵战车，如图。空投下来的战车在后阶段可认为与降落伞一起匀速竖直掉向地面。下列观点正确的是（） A．伞兵战车出机舱后在水平方向仍会向前运动，这是由于战车受到惯性的作用 B．后阶段匀速下降的过程中机械能守恒 C．空投战车后，若飞机仍在原高度水平飞行，则飞机的势能比空投前减小 D．伞兵战车从出机舱到地面的整个过程中，重力做功4.8×107焦 【答案】C 7.（2018湖北省宜昌市，题号8，分值2）2018年4月2日，我国的天宫一号目标飞行器返回大气层，绝大部分部件在下落过程中烧蚀销毁。飞行器进入大气层后，在发生烧蚀前的坠落过程中，关于飞行器的说法错误 ．．的是 A.动能增大 B.重力势能减小 C.机械能保持不变 D.机械能减小 【答案】C
机械能守恒定律 一、选择题 1.某人用同样的水平力沿光滑水平面和粗糙水平面推动一辆相同的小车，都使它移动相同的距离。两种情况下推力做功分别为W1和W2，小车最终获得的能量分别为E1和E2，则下列关系中正确的是（）。 A、W1=W2，E1=E2 B、W1≠W2，E1≠E2 C、W1=W2，E1≠E2 D、W1≠W2，E1=E2 2．物体只在重力和一个不为零的向上的拉力作用下，分别做了匀速上升、加速上升和减速上升三种运动．在这三种情况下物体机械能的变化情况是() A．匀速上升机械能不变，加速上升机械能增加，减速上升机械能减小 B．匀速上升和加速上升机械能增加，减速上升机械能减小 C．由于该拉力与重力大小的关系不明确，所以不能确定物体机械能的变化情况 D．三种情况中，物体的机械能均增加 3．从地面竖直上抛一个质量为m的小球，小球上升的最大高度为H.设上升过程中空气阻力F阻恒定．则对于小球的整个上升过程，下列说法中错误的是() A．小球动能减少了mgH B．小球机械能减少了F阻H C．小球重力势能增加了mgH D．小球的加速度大于重力加速度g 4．如图所示，一轻弹簧的左端固定，右端与一小球相连，小球处于光滑水平面上．现对小球施加一个方向水平向右的恒力F，使小球从静止开始运动，则小球在向右运动的整个过程中() A．小球和弹簧组成的系统机械能守恒 B．小球和弹簧组成的系统机械能逐渐增加 C．小球的动能逐渐增大 D．小球的动能先增大后减小 二、计算题 1.如图所示，ABCD是一条长轨道，其AB段是倾角为的斜面，CD段是水平的，BC是与AB和CD相切的一小段弧，其长度可以略去不计。一质量为m的物体在A点从静止释放，沿轨道滑下，最后停在D点，现用一沿轨道方向的力推物体，使它缓慢地由D点回到A点，设物体与轨道的动摩擦因数为，A点到CD间的竖直高度为h，CD（或BD）间的距离为s，求推力对物体做的功W为多少 2.一根长为L的细绳，一端拴在水平轴O上，另一端有一个质量为m的小球.现使细绳位于 水平位置并且绷紧，如下图所示.给小球一个瞬间的作用，使它得到一定的向下的初速度. (1)这个初速度至少多大，才能使小球绕O点在竖直面内做圆周运动 (2)如果在轴O的正上方A点钉一个钉子，已知AO=2/3L，小球以上一问中的最小速度开始运动，当它运动到O点的正上方，细绳刚接触到钉子时，绳子的拉力多大 3．如图所示，某滑板爱好者在离地h=1.8m高的平台上滑行，水平离开A点后落在水平地
机械能守恒定律练习题 一、选择题（每题6分，共36分） 1、下列说法正确的是：（选CD ） A 、物体机械能守恒时，一定只受重力和弹力的作用。（是只有重力和弹力做功） B 、物体处于平衡状态时机械能一定守恒。（吊车匀速提高物体） C 、在重力势能和动能的相互转化过程中，若物体除受重力外，还受到其他力作用时，物体的机械能也可能守恒。（受到一对平衡力） D 、物体的动能和重力势能之和增大，必定有重力以外的其他力对物体做功。 2、两个质量不同而动能相同的物体从地面开始竖直上抛(不计空气阻力)，当上升到同一高度时，它们(选C) A.所具有的重力势能相等（质量不等） B.所具有的动能相等 C.所具有的机械能相等（初始时刻机械能相等） D.所具有的机械能不等 3、一个原长为L 的轻质弹簧竖直悬挂着。今将一质量为m 的物体挂在弹簧的下端，用手托住物体将它缓慢放下，并使物体最终静止在平衡位置。在此过程中，系统的重力势能减少，而弹性势能增加，以下说法正确的是（选A ） A 、减少的重力势能大于增加的弹性势能（手对物体的支持力也有做功，根据合外力做功为0） B 、减少的重力势能等于增加的弹性势能 C 、减少的重力势能小于增加的弹性势能 D 、系统的机械能增加（动能不变，势能减小） 4、如图所示，桌面高度为h ，质量为m 的小球，从离桌面高H 处 自由落下，不计空气阻力，假设桌面处的重力势能为零，小球落到 地面前的瞬间的机械能应为（选B ） A 、mgh B 、mgH C 、mg （H +h ） D 、mg （H -h ） 6、质量为m 的子弹，以水平速度v 射入静止在光滑水平面上质量为M 的木块， 并留在其中，下列说法正确的是（选BD ） A.子弹克服阻力做的功与木块获得的动能相等（与木块和子弹的动能，还有热能） B.阻力对子弹做的功与子弹动能的减少相等（子弹的合外力是阻力） C.子弹克服阻力做的功与子弹对木块做的功相等 D.子弹克服阻力做的功大于子弹对木块做的功（一部分转化成热能） 二、填空题（每题8分，共24分） 7、从离地面H 高处落下一只小球，小球在运动过程中所受到的空气阻力是它重 力的k 倍，而小球与地面相碰后，能以相同大小的速率反弹，则小球从释放开始，直至停止弹跳为止，所通过的总路程为 H/k 。 8、如图所示，在光滑水平桌面上有一质量为M 的小车，小车跟 绳一端相连，绳子另一端通过滑轮吊一个质量为m 的砖码， 则当砝码着地的瞬间（小车未离开桌子）小车的速度大小为 在这过程中，绳的拉力对小车所做的功为________。 9、物体以100 k E J 的初动能从斜面底端沿斜面向上运动，当该物体经过斜面上某一点时，动能减少了80J ，机械能减少了32J ，则物体滑到斜面顶端时的机
专题16 能量守恒定律 专题学啥 1.能量的转化 （1）能量及其存在的形式：如果一个物体能对别的物体做功，我们就说这个物体具有能。自然界有多种形式的能量，如风能、内能、水能、电能、化学能、核能等。 （2）能量的转移与转化：能量可以从一个物体转移到另一个物体，如发生碰撞或热传递时；也可以从一种形式转化为另一种形式，如太阳能电池、发电机等。 2.能量守恒定律 （1）能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 （2）能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。 （3）“第一类永动机”永远不可能实现，因为它违背了能量守恒定律。 3.试论述能量的转化、转移和守恒问题。 （1）在一定条件下各种形式的能都可以相互转化。能量转化反映了各种现象之间的联系，如摩擦生热说明了机械运动和热现象之间存在的联系；电风扇转动说明了电现象和机械运动之间存在的联系。 （2）不同形式的能量通过做功可以相互转化，同种形式的能量之间通过热传递可以进行转移，能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从物体的一部分转移到另一部分。 （3）能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从 一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 （4）根据能量守恒定律，在分析自然现象时，如果发现某种形式的能量减少，一定能找到另一种形式的能量增加;反之，当某种形式的能量增大时，也一定可以找到另一种形式的能量减少。 专题考法 【例题1】（2019山东泰安）如图所示，粗糙程度相同的斜面与水平面在a点相连，弹簧左端固定在竖直墙壁上，弹簧处于自由状态时右端在b点，小物块从斜面的c点由静止自由滑下，与弹簧碰撞后又返回到斜面上，最高到达d点。下列说法正确的是（）
高一物理机械能守恒解析及典型例题 (1)只有重力做功时机械能守恒． 设一个质量为m 的物体自然下落，经过高度为1h 的A 点(初位置)时速度为1v ，下落到高度为2h 的B 点(末位置)时速度为2v (图8-42)，由动能定理得：21222 121mv mv W G -=. 又由重力做功与重力势能的关系得：21mgh mgh W G -= 则2121222121mgh mgh mv mv -=-或2221212 121mgh mv mgh mv +=+ 这表明，在自由落体中，物体的动能与重力势能之和保持不变,则机械能守恒． 事实上，上面推导过程中涉及重力做功与动能变化、势能变化的关系，与物体的运动轨迹形状无关，因而物体只受重力作曲线运动(如平抛运动、斜抛运动等)时，机械能也一定守恒． (2)只有弹力作用时机械能守恒． 如图8-43所示，一个质量为m 的小球被处于压缩状态的弹簧弹开，速度由1v 增大到2v ，由动能定理得：
1221222 121k k N E E mv mv W -=-= 由弹力做功与弹性势能的关系得：21p p N E E W -= 则2112p p k k E E E E -=-即2211p k p k E E E E +=+，物体的动能与弹性势能之和保持不变，机械能守恒． (3)既有重力做功，又有弹力做功，并且只有这两个力做功时，机械能也守恒． 如图8—44所示，一根轻弹簧一端固定在天花板上，另一端固定一质量为m 的小球，小球在竖直平面内从高处荡下，在速度由1v 增大到2v 的过程中，由动能定理得 21222 121mv mv W W N G -=+ 又由重力做功与重力势能的关系得21p p G E E W -= 由弹力做功与弹性势能的关系得''21p p N E E W -= 则212221212 121mv mv 'E 'E E E p p p p -=-+- 即222221112 1'21'mv E E mv E E p p p p ++=++，物体的动能、重力势能和弹性势能之和保持不变，机械能守恒．
期末测试（一） 一、选择题 1、下列关于功和能的说法正确的是（） A．功就是能，能就是功B．物体做功越多，物体的能就越大 C．外力对物体不做功，这个物体就没有能量D．能量转化的多少可用功来量度 2、如图所示，大小相同的力F作用在同一个物体上，物体分别沿光滑水平面、粗糙水平面、光滑斜面、竖直方向运动一段相等的距离x，已知力F与物体的运动方向均相同。 则上述四种情景中都相同的是( ) A．拉力F对物体做的功 B．物体的动能增量 C．物体加速度的大小 D．物体运动的时间 3、如图所示，质量为m的物体在恒力F的作用下以一定的初速度竖直向上运动， 物体的加速度方向向下，空气阻力不计，则物体的机械能（） A．一定增加 B．一定减少 C．一定不变 D．可能增加，也可能减少 4、在离地面高为h处竖直上抛一质量为m的物块，抛出时的速度为v0，当它落到地面时速度为v，用g表示重力加速度，则在此过程中物块克服空气阻力所做的功等于（） A.mgh-mv2- B.-mgh C.mgh+mv2 D.mgh+mv2- 5、如图所示，质量为m的物体静止在水平光滑的平台上，系在物体上的绳子跨 过光滑的定滑轮，由地面上的人以速度v0水平向右匀速拉动，设人从地面上平台 的边缘开始向右行至绳与水平方向夹角为45°处，在此过程中人的拉力对物体 所做的功为（） A．B．C．D． 6、如图，质量为m的物块与转台之间的动摩擦因数为μ，物块与转轴相距R，物体随转台由静止开始转动，当转速增加到某值时，物块即将在转台上滑动，此时转台已开始做匀速转动，在这一过程中，摩擦力对物块做的功为（） A． 0 B．2πμmgR C． 2μmgR D．
中考物理知识点：机械能知识点 中考物理知识点：机械能知识点 知识方法点拨 （1）判断动能增减的方法：在题干中找到关于质量、速度变化的关键词，根据质量越大、速度越大，动能越大确定动能的增减。 （2）判断重力势能增减的方法：在题干中找到关于质量、高度变化的关键词，根据质量越大、高度越高，动能越大确定重力势能的增减。 （3）判断弹性势能增减的方法：在题干中找到关于形变程度的信息，确定形变量的增减，根据同一物体，在一定的范围内，弹性形变越大，弹性势能越大确定弹性势能的增减。 （4）判断机械能增减的方法 法一：根据机械能=动能+重力势能+弹性势能，分别确定等号右边每种能量的变化情况，从而确定机械能的增减。
法二：有时无法根据法一确定最终结果，则要根据题意分析出能量的转化情况。如果只有机械能内部的动能和势能彼此之间转化，则机械能守恒，不增不减；如果机械能转化成内能等其它形式的能量，则机械能减少；如果其它形式的能量转化成机械能，则机械能增大。 注：利用法二的经典情况是根据题意判断出有摩擦力，这意味着机械能转化成内能，此时如果没有其它能量转化成机械能，则可断定机械能一定减少。 （5）实验方法：控制变量法和转换法。 1．下列有关机械能的说法中正确的是 A．只要有力对物体做功，物体的机械能就改变 B．在平衡力作用下运动的木块的机械能保持不变 C．推出的铅球下落过程中增加的动能是由重力势能转化来的 D．如果物体通过的路程与所用时间的比值不变，则物体
的机械能不变 答案】C 解析】 物体机械能守恒的条件是只有重力做功，根据机械能守恒的条件逐个分析物体的受力的情况，即可判断物体是否是机械能守恒． A、物体机械能守恒不是合外力对物体做功为零，而是只有重力做功，所以A错误． B、物体处于平衡状态时，物体受到的合力为零，此时机械能不守恒，所以B错误． C、物体只受重力的作用时，机械能守恒，此时的合外力不为零，等于物体的重力，所以C正确． D、除重力、弹簧的弹力外，其它力做功不为零时，物体的机械能不守恒，所以D错误．
一．选择题（共30小题） 1．（2015?金山区一模）一物体静止在粗糙水平地面上，现用一大小为F1的水平拉力拉动物体，经过一段时间后其速度为v，若将水平拉力的大小改为F2，物体从静止开始经过同样的时间后速度变为2v，对于上述两个过程，用W F1、W F2分别表示拉力F1、F2所做的功，W f1、W f2分别表示前两次克服摩擦力所做的功，则（）A．W F2＞4W F1，W f2＞2W f1B．W F2＞4W F1，W f2=2W f1 C．W F2＜4W F1，W f2=2W f1D．W F2＜4W F1，W f2＜2W f1 2．（2008?山东）质量为1500kg的汽车在平直的公路上运动，v﹣t图象如图所示，由此可求（） A．前25s内汽车的平均速度 B．前10s内汽车的加速度 C．前10s内汽车所受的阻力 D．15﹣25s内合外力对汽车所做的功 3．（2007?上海）物体沿直线运动的v﹣t图如图所示，已知在第1秒内合外力对物体做的功为W，则下列结论正确的是（） A．从第1秒末到第3秒末合外力做功为W B．从第3秒末到第5秒末合外力做功为﹣2W C．从第5秒末到第7秒末合外力做功为W D．从第3秒末到第4秒末合外力做功为﹣0.75W 4．（2015?武清区校级学业考试）如图所示，物体在力F的作用下沿水平面移动了一段位移L，甲、乙、丙、丁四种情况下，力F和位移L的大小以及θ角均相同，则力F做功相同的是（） A．甲图与乙图B．乙图与丙图C．丙图与丁图D．乙图与丁图5．（2015?赫山区校级一模）如图所示，A、B两物体质量分别是m A和m B，用劲度系数为k的弹簧相连，A、B 处于静止状态．现对A施竖直向上的力F提起A，使B对地面恰无压力．当撤去F，A由静止向下运动至最大速度时，重力做功为（）
机械能守恒问题 1.如图,小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上,在将弹簧压缩到最短的整个过程中( ) A、小球动能与弹簧弹性势能之与不断增大 B、小球重力势能与弹簧弹性势能之与保持不变 C、小球重力势能与动能之与增大 D、小球重力势能、动能与弹簧弹性势能之与保持不变 【答案】AD 【解析】对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中,小球的动能、重力势能与弹簧的弹性势能这三种形式的能量相互转化,没有与其她形式的能发生交换,也就说小球的动能、重力势能与弹簧的弹性势能之与保持不变.对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中,小球的重力势能一直减小,则小球动能与弹簧弹性势能之与不断增大,故A正确;在刚接触弹簧的时候这个时候小球的加速度等于重力加速度,在压缩的过程中,弹簧的弹力越来越大,小球所受到的加速度越来越小,直到弹簧的弹力等于小球所受到的重力,这个时候小球的加速度为0,要注意在小球刚接触到加速度变0的工程中,小球一直处于加速状态,由于惯性的原因,小球还就是继续压缩弹簧,这个时候弹簧的弹力大于小球受到的重力,小球减速,直到小球的速度为0,这个时候弹簧压缩的最短.所以小球的动能先增大后减小,所以重力势能与弹性势能之与先减小后增加.故B错误.弹簧就是一直被压缩的,所以弹簧的弹性势能一直在增大.因为小球的动能、重力势能与弹簧的弹性势能之与保持不变,重力势能与动能之与始终减小.故C错误.对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中,小球的动能、重力势能与弹簧的弹性势能这三种形式的能量相互转化,没有与其她形式的能发生交换,也就说小球的动能、重力势能与弹簧的弹性势能之与保持不变.故D正确.故选AD. 点睛:根据能量守恒小球的动能、重力势能与弹簧的弹性势能之与保持不变.其中一个能量的变化可以反映出其余两个能量之与的变化. 2.如图所示,下列关于机械能就是否守恒的判断正确的就是( ) A、甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,A机械能守恒 B、乙图中,A置于光滑水平面,物体B沿光滑斜面下滑,物体B机械能守恒 C、丙图中,不计任何阻力时A加速下落,B加速上升过程中,A、B组成的系统机械能守恒 D、丁图中,小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时,小球的机械能守恒 【答案】CD 【解析】甲图中,物体A将弹簧压缩的过程中,除重力做功外,弹簧的弹力对A做负功,则A机械能不守恒,选项A错误;乙图中,A置于光滑水平面,物体B沿光滑斜面下滑,此时A将向后运动,则A对B的弹力将对B做功,则物体B机械能不守恒,选项B错误;
机械能守恒定律典型题分类 一、单个物体的机械能守恒 判断一个物体的机械能是否守恒有两种方法：（1）物体在运动过程中只有重力做功，物体的机械能守恒。（2）物体在运动过程中不受媒质阻力和摩擦阻力，物体的机械能守恒。 所涉及到的题型有四类：（1）阻力不计的抛体类。（2）固定的光滑斜面类。（3）固定的光滑圆弧类。（4）悬点固定的摆动类。 （1）阻力不计的抛体类 包括竖直上抛；竖直下抛；斜上抛；斜下抛；平抛，只要物体在运动过程中所受的空气阻力不计。那么物体在运动过程中就只受重力作用，也只有重力做功，通过重力做功，实现重力势能与机械能之间的等量转换，因此物体的机械能守恒。 （2）固定的光滑斜面类 在固定光滑斜面上运动的物体，同时受到重力和支持力的作用，由于支持力和物体运动的方向始终垂直，对运动物体不做功，因此，只有重力做功，物体的机械能守恒。 （3）固定的光滑圆弧类 在固定的光滑圆弧上运动的物体，只受到重力和支持力的作用，由于支持力始终沿圆弧的法线方向而和物体运动的速度方向垂直，对运动物体不做功，故只有重力做功，物体的机械能守恒。 （4）悬点固定的摆动类 和固定的光滑圆弧类一样，小球在绕固定的悬点摆动时，受到重力和拉力的作用。由于悬线的拉力自始至终都沿法线方向，和物体运动的速度方向垂直而对运动物体不做功。因此只有重力做功，物体的机械能守恒。 作题方法： 一般选取物体运动的最低点作为重力势能的零势参考点，把物体运动开始时的机械能和物体运动结束时的机械能分别写出来，并使之相等。 注意点：在固定的光滑圆弧类和悬点定的摆动类两种题目中，常和向心力的公式结合使用。这在计算中是要特别注意的。 习题： 1、三个质量相同的小球悬挂在三根长度不等的细线上，分别把悬线拉至水平位置后轻轻释放小球，已知线长L a>L b>L c，则悬线摆至竖直位置时，细线中张力大小的关系是（） A T c>T b>T a B T a>T b>T c C T b>T c>T a D T a=T b=T c 4、一质量m = 2千克的小球从光滑斜面上高h = 3.5米高处由静止滑下斜面底端紧接着一个半径R = 1m的 光滑圆环（如图）求： （1）小球滑至圆环顶点时对环的压力； （2）小球至少要从多高处静止滑下才能越过圆环最高点； （3）小球从h0 = 2米处静止滑下时将在何处脱离圆环（g =9.8米/秒2）。 二、系统的机械能守恒 由两个或两个以上的物体所构成的系统，其机械能是否守恒，要看两个方面 （1）系统以外的力是否对系统对做功，系统以外的力对系统做正功，系统的机械能就增加，做负功，系统的机械能就减少。不做功，系统的机械能就不变。 （2）系统间的相互作用力做功，不能使其它形式的能参与和机械能的转换。 系统内物体的重力所做的功不会改变系统的机械能 系统间的相互作用力分为三类：
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机械能守恒问题 1．如图，小球从高处下落到竖直放置的轻弹簧上，在将弹簧压缩到最短的整个过程中（） A. 小球动能和弹簧弹性势能之和不断增大 B. 小球重力势能和弹簧弹性势能之和保持不变 C. 小球重力势能和动能之和增大 D. 小球重力势能、动能与弹簧弹性势能之和保持不变 【答案】AD 【解析】对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能这三种形式的能量相互转化，没有与其他形式的能发生交换，也就说小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之和保持不变．对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的重力势能一直减小，则小球动能和弹簧弹性势能之和不断增大，故A正确；在刚接触弹簧的时候这个时候小球的加速度等于重力加速度，在压缩的过程中，弹簧的弹力越来越大，小球所受到的加速度越来越小，直到弹簧的弹力等于小球所受到的重力，这个时候小球的加速度为0，要注意在小球刚接触到加速度变0的工程中，小球一直处于加速状态，由于惯性的原因，小球还是继续压缩弹簧，这个时候弹簧的弹力大于小球受到的重力，小球减速，直到小球的速度为0，这个时候弹簧压缩的最短．所以小球的动能先增大后减小，所以重力势能和弹性势能之和先减小后增加．故B错误．弹簧是一直被压缩的，所以弹簧的弹性势能一直在增大．因为小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之和保持不变，重力势能和动能之和始终减小．故C错误．对于小球从接触弹簧到将弹簧压缩到最短的过程中，小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能这三种形式的能量相互转化，没有与其他形式的能发生交换，也就说小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之和保持不变．故D正确．故选AD． 点睛：根据能量守恒小球的动能、重力势能和弹簧的弹性势能之和保持不变．其中一个能量的变化可以反映出其余两个能量之和的变化． 2．如图所示，下列关于机械能是否守恒的判断正确的是 ( ) A. 甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒 B. 乙图中，A置于光滑水平面，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒 C. 丙图中，不计任何阻力时A加速下落，B加速上升过程中，A、B组成的系统机械能守恒 D. 丁图中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能守恒
机械能守恒 一、教学目标 1、了解机械能的概念，理解物体的动能和势能可以相互转化 2、理解机械能守恒定律的内容和掌握守恒的条件 3、学习从物理现象分析、推导机械能守恒定律及适用条件的研究方法 4、会判定具体问题中机械能是否守恒，能运用机械能守恒定律分析实际问题 5、体会科学探究中的守恒思想，领悟运用机械能守恒规律解决问题的优点 二、教学重点 1、学习推导机械能守恒定律 2、理解机械能守恒定律的含义 3、明确机械能和条件，并运用机械能守恒定律能解决实际问题 三、教学难点 1、理解机械能守恒定律的内容及条件，进一步分析物体系统内所具有的机械能 2、判断研究对象在所经历的过程中机械能是否守恒 四、教学过程 1、导入新课 （1）、首先回忆旧知识，老师提问：“什么叫动能？什么叫势能？什么叫机械 能？什么是动能定理？重力做功等与什么？由学生一一回答 接着播放一段视频（荡秋千、过山车、撑杆跳高） （2）[提问]力做功的过程也是能量从一种形式转化另一种形式的过程。 师生共同分析上述各个过程中能量转换及重力，弹力做功的情况。 [实验1]：钢球用细绳悬起，请一同学靠近，将钢球偏至该学生的鼻子处 释放，摆回时，观察该同学反应，并进行分析。 2、新课教学 （1）寻找守恒量 [实验2]：将小钢球用细线悬挂一端固定在小黑板上部，让小球摆动，通 过实验发现，小球可以摆到跟释放点等高处，再用一钉子固定在小黑板上 某点挡住细线，在观察，发现仍等高。 在这个实验中要引到学生讨论摆动中的能量转换，分析实验现象所显示的能 量转化特点，实验1和实验2中小球在摆动过程中通过重力做功，势能和动 能互相转化。 [结论]：重力做正功，重力势能减少，动能增加 重力做负功，重力势能增加，动能减少 [提问]：小球摆动过程中总能回到原来高度，好像“记得”自己原来的高度，说明在摆动过程中有一个物理量是保持不变的，是什么呢？ 总结：重利势能和动能的总合保持不变，也就是机械能保持不变。 [实验3]：将小钢球换成泡沫球再做，观察现象，发现泡沫球很快停下来。 分析原因是有空气阻力的作用 [提问]：小球有时能摆到原来的高度，有时不能摆到原来的高度，什么情况下机械能保持不变？ （2）规律，找出机械能不变的条件 ①只受重力作用分析 例：质量为m的小球下落过程中经过高度为h1的A点速度V1，高度h2的B