《重力势能和机械能守恒定律》典型例题

机械能守恒定律典型例题题型一：单个物体机械能守恒问题1、一个物体从光滑斜面顶端由静止开始滑下，斜面高1 m，长2 m，不计空气阻力，物体滑到斜面底端的速度是多大？拓展：若光滑的斜面换为光滑的曲面，求物体滑到斜面底端的速度是多大？2、把一个小球用细绳悬挂起来，就成为一个摆，摆长为l，最大偏角为θ，求小球运动到最低位置时的速度是多大？.题型二：连续分布物体的机械能守恒问题1、如图所示，总长为L的光滑匀质铁链跨过一个光滑的轻小滑轮，开始时底端相齐，当略有扰动时，其一端下落，则铁链刚脱离滑轮的瞬间的速度多大？2、一条长为L的均匀链条，放在光滑水平桌面上，链条的一半垂于桌边，如图所示，现由静止开始使链条自由滑落，当它全部脱离桌面时的速度多大？3、如图所示，粗细均匀的U型管内装有同种液体，开始两边液面高度差为h，管中液体总长度为4h，后来让液体自由流动，当液面的高度相等时，右侧液面下降的速度是多大？题型三：机械能守恒定律在平抛运动、圆周运动中的应用（单个物体）1、如图所示，AB是竖直平面内的四分之一圆弧轨道，其下端B与水平直轨道相切，一小球自A点起由静止开始沿轨道下滑。

已知圆弧轨道半径为R，小球的质量为m，不计各处摩擦。

求：（1）小球运动到B点时的动能（2）小球下滑到距水平轨道的高度为12R时的速度大小和方向（3）小球经过圆弧轨道的B点和水平轨道的C点时，所受轨道支持力各是多大？2、如图所示，固定在竖直平面内的光滑轨道，半径为R，一质量为m的小球沿逆时针方向在轨道上做圆周运动，在最低点时，m对轨道的压力为8mg，当m 运动到最高点B时，对轨道的压力是多大？3、如上图所示，可视为质点的小球以初速度v0沿水平轨道运动，然后进入竖直平面内半径为R的圆形轨道.若不计轨道的摩擦，为使小球能通过圆形轨道的最高点，则v0至少应为多大?4、如右图所示，长度为l的无动力“翻滚过山车”以初速度v0沿水平轨道运动，然后进入竖直平面内半径为R的圆形轨道，若不计轨道的摩擦，且l＞2πR，为使“过山车”能顺利通过圆形轨道，则v0至少应为多大?5、游乐场的过山车可以底朝上在圆轨道上运行，游客却不会掉下来，如左图所示，我们把这种情况抽象为右图所示的模型：弧形轨道的下端与竖直圆轨道相接.使小球从弧形轨道上端滚下,小球进入圆轨道下端后沿圆轨道运动.实验发现,只要h 大于一定值.小球就可以顺利通过圆轨道的最高点. 如果已知圆轨道的半径为R，h至少要等于多大?不考虑摩擦等阻力。

一. 知识梳理：1. 动能：⑴.定义 物体由于运动而具有的能叫作动能。

用E K 表示。

. ⑵ 大小 221mv E K = ⑶.动能只有大小，没有方向，是标量，单位是焦耳，用J 表示。

⑷动能的大小不只与速度有关，还与物体的质量有关，动能只有正值。

2. 重力势能：⑴定义；地球上的物体具有跟它的高度有关的能叫做重力势能。

用E p 表示。

. ⑵大小：mgh E p =⑶.重力势能只有大小，没有方向，是标量。

单位是焦耳，用J 表示。

⑷.重力势能具有相对性。

在研究重力势能时，要首先选定一个零势能面。

重力势能有正负，但不表示方向，只表示物体相对于所选取的零势能面的位置。

在零势能面上，其值为正，在零势能面下，其值为负。

⑸ 重力势能与重力做功的关系：当重力做正功时，重力势能减少，重力做负功时，重力做负功时，重力势能增加。

3. 机械能守恒定律：⑴.机械能定义：动能和势能的统称为机械能。

⑵.定律内容：在只有重力做功的情形下，物体发生动能和重力势能的相互转化，机械能的总量保持不变。

⑶.定律的成立条件：只有重力和弹力做功。

物体可以有其它力作用，但其它力不作功，在解题时一定要注意。

⑷.解题步骤：①.确定研究对象 ②分析物体受力 ③判定守恒条件 ④当条件符合时，根据定律列方程。

二.练习题：《动能》 《重力势能》 《机械能守恒定律》习题㈠选择题：1.改变汽车的质量和速度都能使汽车的动能发生变化，在下面的四种情况中，能使汽车的动能变为原来的4倍的是：（ ）A.质量不变，速度增大到原来的4倍B.质量不变，速度增大到原来的2倍C.速度不变，质量增大到原来的2倍D.速度不变，质量增大到原来的3倍2.做匀加速直线运动的物体，速度从0增大到ν，动能增加了1E ∆;速度从ν增大到2ν，动能增加了2E ∆,则：（ ） A. 1E ∆/2E ∆=1:1 B. 1E ∆/2E ∆=1:3 C. 1E ∆/2E ∆=1:2 D. 1E ∆/2E ∆=1:43.在下列几种运动中，遵守机械能守恒定律的运动是：（ ）A.雨点匀速下落B.物体做自由落体运动C.物体沿斜面匀速下滑D.4.一个物体从长度是L 、高度是H 的光滑斜面顶端A由静止开始下滑，如图所示，物体滑到斜面下端B 时速度的大小为：（ ）A.gHB.gH 2C.gLD.gL 25.沿着高度相同、坡度、长度和粗糙程度均不同的斜面把同一物体从底端拉到顶端，比较克服重力所做的功，正确的是（ ）A 沿长度大的粗糙斜面拉，克服重力做功最多B 沿坡度大的粗糙斜面拉，克服重力做功最多C 几种情况下克服重力所做的功相等，与路径无关D 无法比较6.物体在运动过程中，克服重力做功100J ，则正确的判断是（ ）A.物体的重力势能一定增加100JB.物体的重力势能一定减少100JC.物体的动能一定增加100JD.物体的动能一定减少100J7.两物体质量之比为1：3，它们距离地面高度之比是1：3。

高考物理《机械能守恒定律》真题练习含答案1．[2024·上海市新中中学月考]如图，将质量为m 的篮球从离地高度为h 的A 处，以初始速度v 抛出，篮球恰能进入高度为H 的篮圈．不计空气阻力和篮球转动的影响，经过篮球入圈位置B 的水平面为零势能面，重力加速度为g .则篮球经过位置B 时的机械能为( )A ．12 m v 2B ．12 m v 2＋mg (h －H )C ．12 m v 2＋mg (H －h )D ．12 m v 2＋mgh答案：B解析：不计空气阻力和篮球转动的情况下，篮球运动过程中机械能守恒，篮球经过B 点的机械能等于在A 点的机械能．以B 点所在的水平面为零势能面，篮球在A 点的重力势能E p ＝－mg (H －h )＝mg (h －H )，则机械能E ＝E k ＋E p ＝12m v 2＋mg (h －H )，B 正确．2.如图所示，一根轻质弹簧左端固定，现使滑块沿光滑水平桌面滑向弹簧，在滑块接触到弹簧直到速度减为零的过程中，弹簧的( )A ．弹力越来越大，弹性势能越来越大B ．弹力越来越小，弹性势能越来越小C ．弹力先变小后变大，弹性势能越来越小D ．弹力先变大后变小，弹性势能越来越大 答案：A解析：滑块接触到弹簧直到速度减为零的过程中，弹簧形变量越来越大，根据F ＝kx 得弹力越来越大，滑块接触到弹簧直到速度减为零的过程中，弹簧弹力一直做负功，物块的动能逐渐转化为弹簧的弹性势能，弹簧的弹性势能越来越大，A 正确．3.利用双线可以稳固小球在竖直平面内做圆周运动而不易偏离竖直面，如一根长为2L 的细线系一质量为m 的小球，两线上端系于水平横杆上，A 、B 两点相距也为L ，若小球恰能在竖直面内做完整的圆周运动，则小球运动到最低点时，每根线承受的张力为( )A ．6mgB ．23 mgC ．5mgD ．533 mg答案：B解析：小球恰好过最高点时有mg ＝m v 21R，解得v 1＝32gL ，由机械能守恒定律得mg ×3 L ＝12 m v 22 －12 m v 21 ，由牛顿第二定律得3 F －mg ＝m v 22 32L ，联立以上各式解得F ＝23 mg ，B 正确．4.[2024·河北省张家口市张垣联盟联考]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 ＝10 m/s 2，链条刚好全部滑出斜面时的速度大小为522 m/s ，则金属链条的长度为( )A ．0.6 mB ．1 mC ．2 mD ．2.6 m 答案：C解析：设链条的质量为2m ，以开始时链条的最高点所在水平面为零势能面，链条的机械能为E ＝E p ＋E k ＝－12 ×2mg ×L 4 sin θ－12 ×2mg ×L 4 ＋0＝－14 mgL (1＋sin θ)，链条全部滑出后，动能为E ′k ＝12 ×2m v 2，重力势能为E ′p ＝－2mg L2 ，由机械能守恒可得E ＝E ′k ＋E ′p ，即－14mgL (1＋sin θ)＝m v 2－mgL ，解得L ＝2 m ，C 正确．5．[2024·山东省济宁市期中考试]有一竖直放置的“T”形架，表面光滑，滑块A 、B 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 、B 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B 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v ，则连接A 、B 的绳长为( )A ．4v 2gB ．3v 2gC ．2v 23gD ．4v 23g答案：D解析：如图所示，将A 、B 的速度分解为沿绳的方向和垂直于绳的方向，两物体沿绳子的方向速度大小相等，则有v B cos 60°＝v A cos 30°，解得v A ＝33v ，由于A 、B 组成的系统只有重力做功，所以系统机械能守恒，B 减小的重力势能全部转化为A 和B 的动能，有mgh ＝12 m v 2A ＋12 m v 2B ，解得h ＝2v 23g ，绳长L ＝2h ＝4v 23g，D 正确．6.(多选)如图所示，轻弹簧的一端固定在O 点，另一端与质量为m 的小球连接，小球套在光滑的斜杆上，初始时小球位于A 点，弹簧竖直且长度为原长L .现由静止释放小球，当小球运动至B 点时弹簧水平，且长度再次变为原长．关于小球从A 点运动到B 的过程，以下说法正确的是( )A ．小球的机械能守恒B ．小球运动到B 点时的速度最大 C.小球运动到B 点时的速度为0D ．小球运动到B 点时的速度为2gL答案：BD解析：在小球向下运动的过程中，弹簧的弹力做功，并不是只有重力做功，小球的机械能不守恒，A 错误；从A 到B 的过程中，弹簧弹力做功为零，小球的重力做正功最多，由动能定理得小球的速度最大，B 正确，C 错误；小球运动到B 点时，弹簧为原长，由系统的机械能守恒定律得mgL ＝12m v 2，解得v ＝2gL ，D 正确．7.(多选)在竖直平面内，一根光滑金属杆弯成如图所示形状，相应的曲线方程为y ＝2.5cos (kx ＋23 π)(单位：m)，式中k ＝1 m －1，将一光滑小环套在该金属杆上，并从x ＝0处以v 0＝5m/s 的初速度沿杆向下运动，取重力加速度g ＝10 m/s 2，则下列说法正确的是( )A.当小环运动到x ＝π3 时的速度大小v 1＝52 m/sB.当小环运动到x ＝π3 时的速度大小v 1＝5 m/sC ．该小环在x 轴方向最远能运动到x ＝56 π处D ．该小环在x 轴方向最远能运动到x ＝76 π处答案：AC解析：当x ＝0时，y 0＝－1.25 m ；当 x ＝π3 时，y 1＝－2.5 m ．由机械能守恒定律得mg (y 0－y 1)＝12 m v 21 －12 m v 20 ，解得v 1＝52 m/s ，A 正确，B 错误；设小球速度为零时上升的高度为h ，由机械能守恒定律得mgh ＝12 m v 20 ，解得h ＝1.25 m ，即y ＝0，代入曲线方程可得x ＝56π，C 正确，D 错误．8.如图所示，在竖直平面内有一半径为R 的四分之一圆弧轨道BC ，与竖直轨道AB 和水平轨道CD 相切，轨道均光滑．现有长也为R 的轻杆，两端固定质量为m 的小球a 、质量为2m 的小球b (均可视为质点)，用某装置控制住小球a ，使轻杆竖直且小球b 与B 点等高，然后由静止释放，杆将沿轨道下滑．设小球始终与轨道接触，重力加速度为g .则( )A ．下滑过程中a 球机械能增大B ．下滑过程中b 球机械能守恒C ．小球a 滑过C 点后，a 球速度大于26mgR3D ．从释放至a 球到滑过C 点的过程中，轻杆对b 球做正功为23 mgR答案：D解析：下滑过程中，若以两球为整体，只有重力做功，则有系统的机械能守恒，若分开单独分析，杆对a 球做负功，a 球的机械能减小，杆对b 球做正功，b 球的机械能增加，A 、B 错误；若以两球为整体，只有重力做功，则有系统的机械能守恒，则有mg ·2R ＋2mgR ＝12(m ＋2m )v 2，解得v ＝26gR 3 ，C 错误；对b 球分析，由动能定理可得W ＋2mgR ＝12 ·2m v 2，W ＝12 ·2m v 2－2mgR ＝23 mgR ，杆对b 球做正功为23mgR ，D 正确．9．[2024·浙江1月]类似光学中的反射和折射现象，用磁场或电场调控也能实现质子束的“反射”和“折射”．如图所示，在竖直平面内有三个平行区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，Ⅰ区宽度为d ，存在磁感应强度大小为B 、方向垂直平面向外的匀强磁场，Ⅱ区的宽度很小．Ⅰ区和Ⅲ区电势处处相等，分别为φⅠ和φⅢ，其电势差U ＝φⅠ－φⅢ.一束质量为m 、电荷量为e 的质子从O 点以入射角θ射向Ⅰ区，在P 点以出射角θ射出，实现“反射”；质子束从P 点以入射角θ射入Ⅱ区，经Ⅱ区“折射”进入Ⅲ区，其出射方向与法线夹角为“折射”角．已知质子仅在平面内运动，单位时间发射的质子数为N ，初速度为v 0，不计质子重力，不考虑质子间相互作用以及质子对磁场和电势分布的影响．(1)若不同角度射向磁场的质子都能实现“反射”，求d 的最小值；(2)若U ＝m v 20 2e，求“折射率”n (入射角正弦与折射角正弦的比值)；(3)计算说明如何调控电场，实现质子束从P 点进入Ⅱ区发生“全反射”(即质子束全部返回Ⅰ区)；(4)在P 点下方距离3m v 0eB 处水平放置一长为4m v 0eB的探测板CQD (Q 在P 的正下方)，CQ 长为m v 0eB ，质子打在探测板上即被吸收中和．若还有另一相同质子束，与原质子束关于法线左右对称，同时从O 点射入Ⅰ区，且θ＝30°，求探测板受到竖直方向力F 的大小与U 之间的关系．答案：(1)2m v 0Be (2)2 (3)U ≤－m v 20 cos 2θ2e(4)见解析解析：(1)根据牛顿第二定律 Be v 0＝m v 20r不同角度射向磁场的质子都能实现“反射”，d 的最小值为 d min ＝2r ＝2m v 0Be(2)设水平方向为x 方向，竖直方向为y 方向，x 方向速度不变，y 方向速度变小，假设折射角为θ′，根据动能定理Ue ＝12 m v 21 －12 m v 20 解得 v 1＝2 v 0 根据速度关系 v 0sin θ＝v 1sin θ′ 解得n ＝sin θsin θ′ ＝v 1v 0＝2 (3)全反射的临界情况：到达Ⅲ区的时候y 方向速度为零，即 Ue ＝0－12 m (v 0cos θ)2可得U ＝－m v 20 cos 2θ2e即应满足U ≤－m v 20 cos 2θ2e(4)临界情况有两个：1、全部都能打到，2、全部都打不到的情况，根据几何关系可得 ∠CPQ ＝30°所以如果U ≥0的情况下，折射角小于入射角，两边射入的粒子都能打到板上，分情况讨论如下：①当U ≥0时 F ＝2Nm v y 又eU ＝12 m v 2y－12 m (v 0cos θ)2 解得 F ＝2Nm34v 20 ＋2eUm②全部都打不到板的情况，根据几何知识可知当从Ⅱ区射出时速度与竖直方向夹角为60°时，粒子刚好打到D 点，水平方向速度为v x ＝v 02所以v y ＝v x tan 60° ＝36 v 0又eU ＝12 m v 2y－12 m (v 0cos θ)2 解得 U ＝－m v 20 3e即当U <－m v 203e 时F ＝0③部分能打到的情况，根据上述分析可知条件为(－m v 203e ≤U <0)，此时仅有O 点右侧的一束粒子能打到板上，因此F ＝Nm v y 又eU ＝12 m v 2y－12 m (v 0cos θ)2 解得 F ＝Nm 34v 20 ＋2eUm。

机械能守恒例题例题1：一个质量为2 kg的物体以速度10 m/s从高度为5 m 的斜坡上滑下来，忽略摩擦力和空气阻力。

求物体滑到底部的速度。

解答：由机械能守恒可知，物体的总机械能在滑动过程中保持不变。

因为没有摩擦力和空气阻力，仅有的能量转化是重力势能转化为动能。

物体下滑结束时，重力势能为0，机械能转化为动能。

那么，按照能量守恒可以得到：mgh = 1/2 mv²其中，m为物体的质量，g为重力加速度，h为高度，v为速度。

代入已知数据，得到：2 kg × 9.8 m/s² × 5 m = 1/2 × 2 kg × v²v² = 98 m²/s²v = √(98) ≈ 9.9 m/s物体滑到底部的速度约为9.9 m/s。

例题2：一个弹簧质量为0.5 kg的弹簧枪，其劲度系数为200N/m。

如果将该枪拉到后撤距离为0.2 m，求弹簧枪子弹射出的速度。

解答：根据机械能守恒可知，物体的总机械能在射击过程中保持不变。

弹簧拉伸的势能转化为子弹的动能。

弹簧的弹性势能可以表示为：E = 1/2 kx²其中，k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的压缩或拉伸距离。

子弹的动能可以表示为：E' = 1/2 mv²其中，m为子弹的质量，v为子弹的速度。

由于机械能守恒，可以得到：E = E'1/2 kx² = 1/2 mv²代入已知数据，得到：1/2 × 200 N/m × (0.2 m)² = 1/2 × 0.5 kg × v²v² = (200 N/m × (0.2 m)²) / 0.5 kgv² = 16 m²/s²v = √(16) = 4 m/s弹簧枪子弹射出的速度为4 m/s。

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：21222121mv 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2221212121mgh 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：1221222121k 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21222121mv 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212221212121mv mv 'E 'E E E p p p p -=-+- 即2222211121'21'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．(4)有除重力和弹力之外的力做功，将使机械能增大或减小，机械能不守恒．例如，升降机匀速提升重物时，重物的动能不变，势能在增大，总的机械能不守恒，原因是除重力做功外，升降机也对重物做功，且做正功，通过做功将电能转化为重物的机械能．又例如，在水平面上运动的汽车刹车后，逐渐减速并停止，汽车的重力势能不变，动能在减小，总的机械能在减少，原因是汽车受到摩擦力做功，且做负功，通过做功将机械能转化为内能．(5)有除重力和弹力之外的力做功，但力所做功的代数和为零，则机械能守恒.例如，汽车在水平面上匀速行驶时，虽然受牵引力与摩擦力的作用，但其动能和势能均不变，机械能守恒．原因是牵引力与摩擦力做功的代数和为零例2 一轻绳通过无摩擦的定滑轮与在倾角为30°的光滑斜面上的物体m 1连接，另一端和套在竖直光滑杆上的物体m 2连接.已知定滑轮到杆的距离为3m ，物体m 2由静止从AB 连线为水平的位置开始下滑1m 时，m 1、m 2恰受力平衡如图所示.试求：(1)m 2在下滑过程中的最大速度.(2)m 2沿竖直杆能够向下滑动的最大距离一物块由静止开始从粗糙斜面上的某点加速下滑到另一点，在此过程中重力对物体做的功等于( )A ．物块动能的增加量B ．物块重力势能的减少量与物块克服摩擦力做的功之和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4．一个质量为0.3 kg 的弹性小球，在光滑水平面上以6 m/s 的速度垂直撞到墙上，碰撞后小球沿相反方向运动，反弹后的速度大小与碰撞前相同．则碰撞前后小球速度变化量的大小Δv 和碰撞过程中墙对小球做功的大小W 为( )A ．Δv ＝0B ．Δv ＝12 m/sC ．W ＝0D ．W ＝10.8 J5．将一物体由地面竖直上抛，如果不计空气阻力，物体能够达到的最大高度为H ，当物体在上升过程中的某一位置时，它的动能是重力势能的2倍，则这一位置的高度为( )A ．32H B ．2H C ．3H D ．4H6 、(2010·成都市摸底测试)如图5－3－19所示为某同学设计的节能运输系统．斜面轨道的倾角为37°，木箱与轨道之间的动摩擦因数μ＝0.25.设计要求：木箱在轨道顶端时，自动装货装置将质量m ＝2 kg 的货物装入木箱，木箱载着货物沿轨道无初速滑下，当轻弹簧被压缩至最短时，自动装货装置立刻将货物御下，然后木箱恰好被弹回到轨道顶端，接着再重复上述过程．若g 取10 m/s 2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求：(1)离开弹簧后，木箱沿轨道上滑的过程中的加速度大小；(2)满足设计要求的木箱质量．1．如图8—51所示，小球自a 点由静止自由下落，到b 点时与弹簧接触，到c 点时弹簧被压缩至最短，若不计弹簧的质量和空气阻力，小球由a →b →c 的运动过程中A ．小球的动能逐渐减小B ．小球的重力势能逐渐减小C ．小球的机械能守恒D ．小球的加速度逐渐减小2．两个质量相同的小球A 、B ，分别用细线悬挂在等高的 、 1O 、2O 点，A 球的悬线比B球的长，如图8—52所示，把两球均拉到与悬线水平后由静止释放，以悬点所在平面为参考平面，到两球经最低点时的A. A球的速度等于B球的速度B．A球的动能等于B球的动能C．A球的机械能等于B球的机械能D．A球对绳的拉力等于B球对绳的拉力1.下列叙述中正确的是( )A.合外力对物体做功为零的过程中，物体的机械能一定守恒B.做匀速直线运动的物体机械能一定守恒C.做匀变速运动的物体机械能可能守恒D.当只有重力对物体做功时，物体的机械能守恒2.从地面竖直上抛两个质量不同而动能相同的物体(不计空气阻力)，当上升到同一高度时，它们( )A.所具有的重力势能相等B.所具有的动能相等C.所具有的机械能相等D.所具有的机械能不等3.如下图所示，在粗糙斜面顶端固定一弹簧，其下端挂一物体，物体在A点处于平衡状态.现用平行于斜面向下的力拉物体，第一次直接拉到B点，第二次将物体先拉到C点，再回到B点.则这两次过程中( )A.重力势能改变量相等B.弹簧的弹性势能改变量相等C.摩擦力对物体做的功相等D.弹簧弹力对物体做功相等5.物体由静止出发从光滑斜面顶端自由滑下，当所用时间是下滑到底端所用时间的一半时，物体的动能与势能(以斜面底端为零势能参考平面)之比为( )A.1∶4B.1∶3C.1∶2D.1∶210.如下图所示，ABC是一段竖直平面内的光滑的1/4圆弧形轨道，圆弧半径为R，O为圆心，OA水平，CD是一段水平光滑轨道.一根长2R、粗细均匀的细棒，开始时正好搁在轨道两个端点上.现由静止释放细棒，则此棒最后在水平轨道上滑行的速度为 .11.如下图所示，在细线下吊一个小球，线的上端固定在O点，将小球拉开使线与竖直方向有一个夹角后放开，则小球将往复运动，若在悬点O的正下方A点钉一个光滑小钉，球在从右向左运动中，线被小钉挡住，若一切摩擦阻力均不计，则小球到左侧上升的最大高度是( )A.在水平线的上方B.在水平线上C.在水平线的下方D.无法确定12.如下图所示，OA、OB、BC均为光滑面，OA=OB+BC,角α＞β，物体从静止由O点放开，沿斜面到A点所需时间为t1，物体从静止由O点放开沿OBC面滑到C点时间为t2，A、C 在同一水平面上，则关于t1与t2的大小的下述说法中正确的是( )A.t1=t2B.t1＞t2C.t1＜t2D.条件不足，无法判定13.如下图所示，有许多根交于A点的光滑硬杆具有不同的倾角和方向.每根光滑硬杆上都套有一个小环，它们的质量不相等.设在t=0时，各小环都由A点从静止开始分别沿这些光滑硬杆下滑，那么这些小环下滑速率相同的各点联结起来是一个( )A.球面B.抛物面C.水平面D.不规则曲面16.如下图所示，分别用质量不计不能伸长的细线与弹簧分别吊质量相同的小球A、B，将二球拉开使细线与弹簧都在水平方向上，且高度相同，而后由静止放开A、B二球，二球在运动中空气阻力不计，到最低点时二球在同一水平面上，关于二球在最低点时速度的大小是( )A.A球的速度大B.B球的速度大C.A、B球的速度大小相等D.无法判定19.如下图所示，一轻质杆上有两个质量相等的小球A、B，轻杆可绕O点在竖直平面内自由转动.OA=AB=l，先将杆拉至水平面后由静止释放，则当轻杆转到竖直方向时，B球的速度大小为 .3．22.如上图所示，质量相等的重物A 、B 用绕过轻小的定滑轮的细线连在一起处于静止状态.现将质量与A 、B 相同的物体C 挂在水平段绳的中点P ，挂好后立即放手.设滑轮间距离为2a ，绳足够长,求物体下落的最大位移.1.一物体从高处同一点沿不同倾角的光滑斜面滑到同一水平面，则( )A.在下滑过程中，重力对物体做的功相同B.在下滑过程中，重力对物体做功的平均功率相同C.在物体滑到水平面的瞬间，重力对物体做功的瞬时功率相同D.在物体滑到水平面的瞬间，物体的动能相同3.质量为m 的汽车以恒定功率P 在平直公路上行驶，汽车匀速行驶的速率为υ1，若汽车所受阻力不变，则汽车的速度为υ2(υ2＜υ1＝时，汽车的加速度大小是( ) A.2m v P B. 1m vP C. 2121)(v m v v v P - D. )()(22121v v m v v P +- 6.如下图所示，木块A 放在木块B 上左端，用恒力F 将A 拉至B 的右端，第一次将B 固定在地面上，F 做功为W 1，生热为Q 1；第二次让B 可以在光滑地面上自由滑动，这次F 做的功为W 2，生热为Q 2，则应有( )A.W 1＜W 2,Q 1=Q 2B.W 1=W 2,Q 1=Q 2C.W 1＜W 2,Q 1＜Q 2D.W 1=W 2,Q 1＜Q 29.如下图所示，小球做平抛运动的初动能为6J ，不计一切阻力，它落到斜面P 点时的动能为( )A.10JB.12JC.14JD.8J8.有一槽状的光滑直轨道，与水平桌面成某一倾角固定.一可视为质点的滑块，从轨道顶端A 点由静止开始下滑，经中点C 滑至底端B 点.设前半程重力对滑块做功的平均功率为P 1，后半程重力对滑块做功的平均功率为P 2，则P 1∶P 2等于( ) A.1∶1 B.1∶2 C.1∶2 D.1∶(2+1)。

高中力学中的机械能守恒定律有哪些典型例题在高中力学的学习中，机械能守恒定律是一个非常重要的知识点。

它不仅在解决物理问题时经常用到，也是理解能量转化和守恒的关键。

下面，我们就来一起探讨一些机械能守恒定律的典型例题。

例题一：自由落体运动一个质量为 m 的物体从高度为 h 的地方自由下落，忽略空气阻力，求物体下落至地面时的速度 v。

解析：在自由落体运动中，物体只受到重力的作用，重力势能逐渐转化为动能。

初始时刻，物体的机械能为重力势能 mgh，下落至地面时，物体的机械能为动能 1/2mv²。

因为机械能守恒，所以有 mgh ＝1/2mv²，解得 v ＝√2gh 。

这个例题是机械能守恒定律的最基本应用之一，它清晰地展示了重力势能如何转化为动能。

例题二：竖直上抛运动一个质量为 m 的物体以初速度 v₀竖直上抛，忽略空气阻力，求物体上升的最大高度 h。

解析：物体竖直上抛时，动能逐渐转化为重力势能。

在初始时刻，物体的机械能为动能 1/2mv₀²，当物体上升到最大高度时，速度为 0，机械能为重力势能 mgh。

由于机械能守恒，所以 1/2mv₀²＝ mgh，解得 h ＝ v₀²／ 2g 。

这个例题与自由落体运动相反，是动能转化为重力势能的过程。

例题三：光滑斜面运动一个质量为 m 的物体从光滑斜面的顶端由静止开始下滑，斜面的高度为 h，斜面的长度为 L，求物体滑到底端时的速度 v。

解析：物体在斜面上运动时，重力势能转化为动能。

初始时刻，物体的机械能为重力势能 mgh，滑到底端时，物体的机械能为动能1/2mv²。

因为斜面光滑，没有摩擦力做功，机械能守恒。

根据几何关系，物体下落的高度 h 与斜面长度 L 和斜面倾角θ 有关，h ＝Lsinθ。

所以mgh ＝ 1/2mv²，解得 v ＝√2gh ＝√2gLsinθ 。

这个例题展示了在斜面这种常见的情境中机械能守恒定律的应用。

机械能守恒定律练习题机械能守恒定律练习题机械能守恒定律是物理学中非常重要的一个定律，它描述了一个封闭系统中机械能的守恒。

在这篇文章中，我们将通过一些练习题来深入理解这个定律。

练习题1：自由落体问题假设一个物体从高度为h的地方自由落下，求它在落地前的速度。

解答：根据机械能守恒定律，物体的机械能在整个过程中保持不变。

在高度为h处，物体的机械能只有势能，即mgh，其中m为物体的质量，g为重力加速度。

在物体落地时，它的势能为0，因此速度最大。

根据机械能守恒定律，有mgh = 0.5mv^2，其中v为物体的速度。

解方程可得v = sqrt(2gh)。

练习题2：弹簧振子问题一个质量为m的物体放在一个劲度系数为k的弹簧上，求物体振动的周期。

解答：在弹簧振子的运动过程中，机械能守恒。

当物体位于最大位移处时，它的机械能只有势能，即0.5kx^2，其中x为物体相对平衡位置的位移。

当物体经过平衡位置时，它的机械能只有动能，即0.5mv^2，其中v为物体的速度。

根据机械能守恒定律，有0.5kx^2 = 0.5mv^2。

由于振动是周期性的，物体在一个周期内的位移和速度都会重复。

因此，我们可以将x和v表示为振动的角频率ω和振幅A的函数，即x = Asin(ωt)和v = Aωcos(ωt)，其中t为时间。

将这两个式子代入机械能守恒的方程，化简可得k/m = ω^2，即ω = sqrt(k/m)。

振动的周期T为2π/ω，因此T = 2πsqrt(m/k)。

练习题3：滑块问题一个质量为m的滑块沿着光滑的水平面上有一段固定的轨道，轨道的高度为h，滑块从轨道的最高点释放，求滑块离开轨道时的速度。

解答：在滑块沿着轨道下滑的过程中，机械能守恒。

在滑块位于最高点时，它的机械能只有势能，即mgh。

在滑块离开轨道时，它的势能为0，速度最大。

根据机械能守恒定律，有mgh = 0.5mv^2。

解方程可得v = sqrt(2gh)。

练习题4：斜面问题一个质量为m的物体沿着一个倾角为θ的光滑斜面下滑，斜面的高度差为h，求物体离开斜面时的速度。

高一物理专题复习重力势能机械能守恒动能定理功和能功率等六大部分精编习题集及详解答案第一部分重力势能机械能守恒定律班级姓名学号一、选择题（每小题中至少有一个选项是正确的）1．关于重力势能的说法正确的是（）A．重力势能由重物本身因素决定B．重力势能有负值，因此说重力势能是矢量C．重力做功才有重力势能，重力不做功，物体就不具有重力势能D．重力做功引起重力势能变化2．关于重力、摩擦力做功的叙述中，下列叙述正确的是（）A．物体克服重力做了多少功，物体的重力势能就增加多少B．重力对物体做功只与始、末位置有关，而与路径无关C．摩擦力对物体做功也与路径无关D．摩擦力对物体做功与路径有关3．下面的实例中，机械能守恒的是：（）A．小球自由下落，落在竖直弹簧上，将弹簧压缩后又被弹簧弹起来。

B．拉着物体沿光滑的斜面匀速上升。

C．跳伞运动员张开伞后，在空中匀速下降。

D．木块沿光滑的斜面以速度v0从底端向上滑动的过程中。

4．下述说法正确的是（）A．物体所受的合力为零，机械能一定守恒B．物体所受合力不为零，机械能一定不守恒C．物体受到重力、弹力以外的力作用时,机械能一定不守恒D．物体在重力、弹力以外的力做功时，机械能一定不守恒5．关于动能、势能和机械能，正确的说法是：（）A．速度大的物体动能不一定大；B．机械能大的物体动能不一定大；C．质量大的物体重力势能一定大；D．形变大的物体弹性势能一定大。

6．当重力对物体做正功时，物体的重力势能和动能可能的变化情况，下面说法正确的是（）A．重力势能一定增加，动能一定减小；B．重力势能一定减小，动能一定增加；C．重力势能一定减小，动能不一定增加；D．重力势能不一定减小，动能一定增加。

7．质量为m的小球，以速度v在高为H的光滑平台上运动，当它滑离平台下落经过高为h的某一点，它的（）A．重力势能为mg（H—h）B．动能为mgh+m v2/2；C．动能的增加量为mg（H—h）D．机械能为mgH+ m v2/2。

机械能守恒定律20个经典例题1. 一个自由下落的物体从高度为h的位置落下，求其落地时的速度。

2. 一个滑轮系统由两个具有质量m1和m2的物体组成，当重物体从高处下降时，轻物体向上移动，求两物体的速度。

3. 一个弹簧的质量为m，常数为k，以速度v0压缩然后释放，求弹簧完全恢复到原始长度时的速度。

4. 一个小球从高处以速度v0斜抛，求其在达到最高点时的势能和动能之比。

5. 一个车从高处滑下，求其到达底部时的速度，考虑摩擦力。

6. 一个物体通过一个光滑的圆环，从高度为h的位置滑下，求运动到底部时的速度。

7. 一个铅球从离地面h高度自由落下，碰到地面后反弹，求其在反弹过程中的最大速度。

8. 一个摆球从一端释放，沿着弧形轨道下落，求其到达底部时的速度。

9. 一个滑雪者从高处滑下，当他到达平地时，速度增加了多少？10. 一个人从高处跳下，同时手中还握着一个小球，求小球离地面的最高点的高度。

11. 一个汽车从静止开始加速，当它以速度v通过某个点时，它的动能是多少？12. 一个小球沿着一个弯曲的竖直轨道滑下，求它到达底部时的速度。

13. 一个手摇的发电机通过人工劳动产生机械能，当手摇的速度加快时，机械能会增加还是减少？14. 一个步行者从A点向B点走一段距离，再从B点向A点折回，最终回到A点，求他在整个过程中消耗的机械能。

15. 一个台球从静止开始撞击另一个台球，求第二个台球的速度。

16. 一个物体在竖直弹簧下方的静止球面上滚下，求它离开球面时的动能。

17. 一个重物体和一个轻物体通过一个有摩擦的斜面下滑，求它们到达底部时的速度。

18. 一个子弹以速度v穿过一个质量为M的物块，物块开始以速度V向前滑动，求子弹的速度。

19. 一个人用带有质量m的活塞上下移动，带动一个无摩擦的活塞，求人的努力和活塞的速度之间的关系。

20. 一个滚动大理石从山坡上滚下，求与水平面接触时的速度。

机械能守恒定律的综合应用例1、如图所示，质量分别为2 m 和3m 的两个小球固定在一根直角尺的两端A 、B ，直角尺的顶点O 处有光滑的固定转动轴。

AO 、BO 的长分别为2L 和L 。

开始时直角尺的AO 部分处于水平位置而B 在O 的正下方。

让该系统由静止开始自由转动，求：⑴当A 到达最低点时，A 小球的速度大小v ；⑵ B 球能上升的最大高度h ；⑶开始转动后B 球可能达到的最大速度v m 。

解析：以直角尺和两小球组成的系统为对象，由于转动过程不受摩擦和介质阻力，所以该系统的机械能守恒。

⑴过程中A 的重力势能减少， A 、B 的动能和B 的重力势能增加，A 的即时速度总是B 的2倍。

222321221322⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+⋅⋅+⋅=⋅v m v m L mg L mg ，解得118gL v = ⑵B 球不可能到达O 的正上方，它到达最大高度时速度一定为零，设该位置比OA 竖直位置向左偏了α角。

2mg ∙2L cos α=3mg ∙L （1+sin α），此式可化简为4cos α-3sin α=3，解得sin （53°-α）=sin37°，α=16°⑶B 球速度最大时就是系统动能最大时，而系统动能增大等于系统重力做的功W G 。

设OA 从开始转过θ角时B 球速度最大，()223212221v m v m ⋅⋅+⋅⋅=2mg ∙2L sin θ-3mg ∙L （1-cos θ） =mgL （4sin θ+3cos θ-3）≤2mg ∙L ，解得114gL v m =例2、如图所示，半径为R 的光滑半圆上有两个小球B A 、，质量分别为M m 和，由细线挂着，今由静止开始无初速度自由释放，求小球A 升至最高点C 时B A 、两球的速度？解析：A 球沿半圆弧运动，绳长不变，B A 、两球通过的路程相等，A 上升的高度为R h =；B 球下降的高度为242R R H ππ==；对于系统，由机械能守恒定律得：K P E E ∆=∆- ；2)(212v m M mgR R Mg E P +=+-=∆∴π m M mgR RMg v c +-=∴2π例3、如图所示，均匀铁链长为L ，平放在距离地面高为L 2的光滑水平面上，其长度的51悬垂于桌面下，从静止开始释放铁链，求铁链下端刚要着地时的速度？ 解：选取地面为零势能面：2212)102(51254mv L mg L L mg L mg +=-+ 得：gL v 7451=v 1⑴ ⑵⑶例4、如图所示，粗细均匀的U 形管内装有总长为4L 的水。

高一物理机械能及其守恒条件试题1.地面上方某一高度有一小球，其重力势能为10J，现让它由静止开始下落，若不计空气阻力，则它在着地前瞬间的动能为（）A．10 J B．30 J C．5J D．20J【答案】C【解析】小球做自由落体运动，机械能守恒，重力势能的减小量等于动能的增加量，重力势能减小10J，故动能增加10J，故A正确。

【考点】考查了机械能守恒2.下列运动过程中，机械能一定守恒的是：A．做自由落体运动的小球B．在竖直平面内做匀速圆周运动的物体C．在粗糙斜面上匀加速下滑的物块D．匀速下落的跳伞运动员【答案】A【解析】判断机械能是否守恒有两种方法，一是根据条件判断；二是直接判断动能和势能的总和是否保持不变．做自由落体运动的小球，只有重力做功，A正确；做竖直面上的匀速圆周运动的物体，在运动中重力势能改变，而动能不变，机械能不守恒，故B错误．沿粗糙斜面加速滑下的物块，由于摩擦力做功，所以机械能一定不守恒，C错误；跳伞员带着张开的降落伞匀速下降，动能不变，重力势能减小，所以机械能减小，故D错误。

【考点】考查了机械能守恒定律3.如图所示的装置中，木块通过一细线系在O点，子弹沿水平方向射入木块（子弹射入木块过程时间极短，可认为细线不发生摆动）后留在木块内，接着细线摆过一角度θ。

若不考虑空气阻力，对子弹和木块组成的系统，下列说法正确的是A．在子弹射入木块的过程中机械能守恒B．在子弹射入木块后，细线摆动的过程机械能守恒C．从子弹开始射入木块到细线摆过θ角的整个过程机械能守恒D．无论是子弹射入木块过程，还是子弹射入木块后细线摆动的过程机械能都不守恒【答案】B【解析】在子弹射入木块的过程中由于有热能产生，所以机械能不守恒，选项AC错误；在子弹射入木块后，细线摆动的过程只有重力做功，所以机械能守恒，选项B正确，选项D错误；【考点】机械能守恒的条件。

4.如图所示，m1与m2通过轻质绳连接，m1<m2．滑轮光滑且质量不计，在m2下降一段距离(不计空气阻力)的过程中，下列说法正确的是A．m1的机械能守恒B．m2的机械能减小C．m1和m2的总机械能减少D．m1和m2组成的系统机械能守恒【答案】BD【解析】在m2下降一段距离的过程中,绳子的拉力对m2做负功，对m1做正功，所以m2的机械能减小，.m1的机械能增加；对.m1和m2组成的系统，只有重力做功，所以机械能守恒。

机械能守恒定律典型例题一、单物体在重力作用下的机械能守恒1. 例题- 质量为m = 1kg的物体从离地面h = 5m高处以初速度v_0= 10m/s水平抛出，不计空气阻力，求物体落地时的速度大小。

2. 解析- （1）首先分析物体的运动过程，物体在平抛运动过程中，只有重力做功。

- （2）取地面为零势能面，根据机械能守恒定律E_1=E_2。

- （3）物体抛出时的机械能E_1包括动能E_k1和重力势能E_p1。

- 动能E_k1=(1)/(2)mv_0^2=(1)/(2)×1×10^2 = 50J。

- 重力势能E_p1=mgh = 1×10×5=50J。

- 所以E_1=E_k1 + E_p1=50 + 50 = 100J。

- （4）物体落地时的机械能E_2只有动能E_k2（因为重力势能E_p2 = 0）。

- （5）由E_1=E_2，即100=(1)/(2)mv^2，解得v=√(frac{2×100){1}} =10√(2)m/s。

二、系统内物体间机械能守恒（轻绳连接）1. 例题- 如图所示，一轻绳跨过定滑轮，两端分别系着质量为m_1和m_2的物体(m_1，m_2开始时静止在地面上，当m_1由静止释放下落h高度时（m_1未落地），求此时m_2的速度大小。

（不计滑轮质量和摩擦）2. 解析- （1）对于m_1和m_2组成的系统，只有重力做功，系统机械能守恒。

- （2）设m_1下落h高度时，m_1和m_2的速度大小均为v。

- （3）以地面为零势能面，系统初始机械能E_1为m_1的重力势能m_1gh。

- （4）系统末态机械能E_2为m_1的动能(1)/(2)m_1v^2、m_1的重力势能m_1g(h - h)（此时m_1相对于初始位置下降了h），以及m_2的动能(1)/(2)m_2v^2和m_2的重力势能m_2gh。

- （5）根据机械能守恒定律E_1=E_2，即m_1gh=(1)/(2)m_1v^2+(1)/(2)m_2v^2+m_2gh。

物理总复习：重力势能、机械能守恒定律一、选择题1、一个人站在阳台上,以相同的速率分别把三个球竖直向上抛出、竖直向下抛出、水平抛出.不计空气阻力,则三球落地时的速率( )A.上抛球最大B.下抛球最大C.平抛球最大D.三球一样大2、如图甲所示，小球的初速度为v0，沿光滑斜面上滑，能上滑的最大高度为h，在图乙中，四个物体的初速度均为v0。

在A图中，小球沿一光滑内轨向上运动，内轨半径大于h；在B 图中，小球沿一光滑内轨向上运动，内轨半径小于h；在C图中，小球沿一光滑内轨向上运动，内轨直径等于h；在D图中，小球固定在轻杆的下端，轻杆的长度为h的一半，小球随轻杆绕O点无摩擦向上转动。

则小球上升的高度能达到h的有()3、（2016 广西模拟）两个质量不同的物块A和B分别从高度相同的、固定的、光滑的斜面和弧形面的顶点滑向底部，如图所示，它们的初速度为零，下列说法中正确的是（）A. 下滑过程中重力所做的功相等B. 它们到达底部时速率相等C. 它们到达底部时动能相等D. 物块A在最高点时的机械能大于它到达最低点时的机械能4、（2017 宁夏学业考试）小球在做自由落体运动的过程中，下列说法正确的是（）A．小球的动能不变B．小球的重力势能增大C．小球的机械能减小D．小球的机械能守恒5、（2017 湖南学业考试）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（）A ．mghB ．mgHC ．mg （H+h ）D ．mg （H ﹣h ）6、如图所示,在高为H 的桌面上以速度v 水平抛出质量为m 的物体.当物体落到距地面高为h 的A 点时,正确的说法是(不计空气阻力,以地面为参考平面) ( )A.物体在A 点的机械能为212mv mgh + B.物体在A 点的机械能为212mgH mv +C.物体在A 点的动能为212mv mgh +D.物体在A 点的动能为21()2mg H h mv -+2 8、如图所示一长L 的均匀铁链对称挂在一轻质小滑轮上，由于某一微小的扰动使得链条向一侧滑动，则铁链完全离开滑轮时的速度大小为（ ）A.B.C.D.9、如图所示，轻质弹簧长为L ，竖直固定在地面上，质量为m 的小球，在离地面高度为H 处，由静止开始下落，正好落在弹簧上，使弹簧的最大压缩量为x 。

高一物理重力势能试题答案及解析1.质量为m的小球从桌面高度以速度竖直向上抛出，桌面离地高度为h，小球能达到的最大离地高度为H。

若以桌面作为参考平面，不计空气阻力，则A．小球抛出时的机械能为B．小球在最高点的机械能为mgHC．小球在最高点的机械能为mg(H－h)D．小球落地前瞬间的机械能为【答案】CD【解析】小球运动过程中，只受重力，机械能守恒，若以桌面作为重力势能的零参考平面，有，小球在最高点的动能为0，重力势能为，所以机械能为，CD正确。

【考点】机械能守恒定律．2.在水平上竖直放置一轻质弹簧，有一物体在它的正上方自由落下。

压缩弹簧速度减为零时：A．物体的重力势能最大B．弹簧的弹性势能最大C．物体的动能最大D．弹簧的弹性势能最小【答案】B【解析】当物体压缩弹簧到速度为零时，物体质量不变，速度最小，高度最小，弹簧的弹性形变最大，因此物体的动能和重力势能最小，弹簧的弹性势能最大，B正确。

【考点】考查了功能关系的应用3.物体做自由落体运动，表示重力势能，h表示下落的距离，以水平地面为零势能面，下列所示图像中，能正确反映和h之间关系的是【答案】B=mg(H-h)=mgH-mgh,【解析】设物体开始离地面的高度为H，则当物体下落h时的重力势能为EP选项B正确。

【考点】此题考查用物理图像反映重力势能随下落的高度之间的关系。

4.关于重力势能，下列说法中正确的是A．某个物体处于某个位置，重力势能的大小是唯一确定的B．重力势能为零的物体也有可能对物体做功C．物体做匀速直线运动时，其重力势能一定不变D．只要重力做功重力势能一定变化【答案】BD【解析】选取不同的零势能面，则同一位置的物体的重力势能是不同的，故A错误；重力势能的改变量等于重力做功的多少，故若重力做功，重力势能一定发生变化，故D正确．物体若在竖直方向做匀速直线运动，故物体的高度变化，重力势能也会发生变化，故C错误；重力势能的大小是相对于零势能面的高度决定的，重力势能为零只能说明物体处于零势能面上，它对下方的物体同样可以做功，故B正确；故选BD【考点】考查重力势能点评：本题难度较小，因高度是相对量，故重力势能也为相对量，要明确物体的重力势能，就必须先确定零势能面，零势能面上的所有物体势能为零5.一实心铁球和一实心木球质量相等，将它们放在同一水平面上，下列结论正确的是 ( ) A．铁球的重力势能大于木球的重力势能B．铁球的重力势能等于木球的重力势能C．铁球的重力势能小于木球的重力势能D．上述三种情况都有可能【答案】C【解析】重力势能为mgh，h为重心距离零势能面的高度差，由此可知铁球的高度较小，重力势能较小，选项C正确；故选C【考点】考查重力势能点评：本题难度较小，容易忽视的是两物体的大小不一样，重心距离零势能面的高度差不同6.如图所示，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上.其正上方A位置有一只小球。

“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：E p1=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-E p2=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：重力势能的减少量：此时物体离地面的高度为：h′=H－h=（100－30）m=70m以地面为零势能位置时，物体的机械能为：【说明】抛出后，由于物体只受重力作用，整个运动过程中只有重力做功，物体的机械能守恒．刚抛出时，物体的机械能为：在下落过程中，重力势能的减少量恰等于动能的增加量，即△E k=△E p【例3】质量为1.0kg的物体，自空中落下，以8.0m／s2的加速度经A点到达B点，A、B相距0.75m．若物体在B点时的动能为8.0J，那么通过AB的过程中物体动能的增加量为多少？物体克服阻力做多少功？（取g=10m／s2）【分析】由于下落的加速度a＜g，在下落时一定受到阻力，根据牛顿第二定律，可算出阻力，于是即可得克服阻力的功．已知物体在B点的动能，可算出在B 点的速度，结合运动学公式算出A点的速度后，即可算出动能的增量．【解】设下落中物体受到的阻力为f，由mg－f=ma得f=mg-ma=1.0(10-8)N=2N物体克服阻力做功：物体从A落到B的过程中，动能的增加量为：△E p=E kB－E kA=8.0J－2.0J=6.0J【说明】物体从A落到B的过程中，势能减少：△E p=mgs=1×10×0.75J=7.5J它大于物体动能的增加，可见其机械能不守恒．这是由于存在阻力的缘故．势能的减少与动能增加量之差恰等于物体克服阻力做的功，即△E p－△E k=W f这也就是从A到B的过程中所减少的机械能．【例4】如图所示，光滑圆管形轨道AB部分平直，BC部分是处于竖直平面内半径为R的半圆，圆管截面半径r《R，有一质量m，半径比r略小的光滑小球以水平初速v0射入圆管，（1）若要小球能从C端出来，初速v0多大？（2）在小球从C端出来的瞬间，对管壁压力有哪几种典型情况，初速v0各应满足什么条件？【分析】小球在管内运动过程中，只有重力做功，机械能守恒，要求小球能从C端射出，小球运动到C点的速度v c＞0．根据机械能守恒定律即可算出初速v0．小球从C端射出时可能有三种典型情况：①刚好对管壁无压力；②对下管壁有压力；③对上管壁有压力．同理由机械能守恒可确定需满足的条件．【解】（1）小球从A端射入后，如果刚好能到达管顶，则v c=0，由机械能守恒因此，要求小球能从C端出来，必须使v c＞0，所以入射速度应满足条件（2）小球从C端出来的瞬间，可以有三种典型情况：①刚好对管壁无压力，此时需满足条件联立得入射速度②对下管壁有压力，此时相应的入射速度为③对上管壁有压力，相应的入射速度为【例5】如图所示，劲度系数k1的轻质弹簧两端分别与质量为m1、m2的物块1、2栓接，劲度系数为k2的轻质弹簧上端与物块2栓接，下端压在桌面（不栓接），整个系统处于平衡状态．现施力将物块1缓慢竖直上提，直到下面那个弹簧的下端刚脱离桌面．在此过程中，物块2的重力势能增加了______，物块1的重力势能增加了________．【分析】设原来两弹簧压缩量分别为x1和x2，由物体的力平衡知当施力将物块1缓慢上提至下面弹簧刚脱离桌面时，表示下面的弹簧已恢复原长，物块2升高的高度h2=x2，所以在此过程中，物块2的重力势能增加此时，上面的弹簧受到拉伸，设其伸长量为x'1，由物块2的力平衡条件知，则物块1在这过程中升高的高度为所以，物块1的重力势能增加【例6】关于机械能是否守恒的叙述，正确的是[ ]A．作匀速直线运动的物体的机械能一定守恒B．作匀变速运动的物体机械能可能守恒C．外力对物体做功为零时，机械能一定守恒D．只有重力对物体做功，物体机械能一定守恒【分析】机械能守恒的条件是除重力对物体做功外，没有其它外力对物体做功，或其它外力对物体做功的代数和等于零．当物体作匀速直线运动时，除重力对物体做功外，可能还有其他外力做功．如降落伞在空中匀速下降时，既有重力做功，又有阻力做功，机械能不守恒．物体作匀变速运动时，可能只有重力对物体做功，如自由落体运动，此时物体的机械能守恒．因物体所受的外力，指的是包括重力在内的所有外力，当外力对物体做功为零时，可能是处于有介质阻力的状态，如匀速下降的降落伞，所以机械能不一定守恒．【答】B，D．【例7】某人以v0=4m／s的初速度，抛出一个质量为m的小球，测得小球落地时的速度大小为8m／s，则小球刚抛出时离开地面的高度为多少？取g=10m／s2．空气阻力不计．【分析】小球从抛出到落地过程中，不受阻力，只有重力做功，由小球的机械能守恒即可算出离地高度．【解答】设小球抛出时的高度为h，落地速度为v t，取抛出和落地为始、末两状态，以地面为零势能位置，由机械能守恒定律得：出结果，尽管答案相同，但是不正确的．这里的小球不一定作直线运动，必须根据机械能守恒求解．【例8】如图所示，以速度v0=12m／s沿光滑地面滑行的小球，上升到顶部水平的跳板上后由跳板飞出，当跳板高度h多大时，小球飞行的距离s最大？这个距离是多少？（g=10m／s2）【分析】小球上滑到跳板顶端的过程中，只有重力做功，机械能守恒．从跳板顶飞出，小球作平抛运动．【解】设小球从跳板顶飞出的速度为v，由机械能守恒（取底部为势能的参考平面）得小球从顶端飞出后作平抛运动，其水平位移为为了找出使水平位移s最大的条件，对上式作变换得可见，当满足条件小球飞出后的水平距离最大，其值为【例9】图中圆弧轨道AB是在竖直平面内的1/4圆周，在B点，轨道的切线是水平的．一质点自A点从静止开始下滑，不计滑块与轨道间的摩擦和空气阻力，则在质点刚要到达B点时的加速度大小和刚滑过B点时的加速度大小分别为( )A．0，g B．g，g C．2g，g D．2g，2g【分析】质点从A到B的下滑过程中，只有重力做功，机械能守恒．取过B点的水平面为零势能面，设轨道半径为R，则有质点从A到B是作变速圆周运动，当它刚到达B点瞬间的加速度为联立（1），（2）两式得质点刚滑过B点，仅受重力作用，其加速度大小为【答】C．【说明】必须注意，物体的加速度跟所受外力是一个瞬时关系，一旦外力变化，加速度随即变化．图中质点刚到达B点时，受到轨道向上的弹力和竖直向下的重力作用，产生的加速度指向过B点竖直向上的方向，即指向圆心．刚滑过B 点，轨道支持力为零，仅受重力作用，产生的加速度竖直向下．物体的速度则由于惯性，力图保持不变，图中质点在刚到达B!iedtxx(`stylebkzd', `1107P04.htm')【例10】如图1所示，ABC和AD是两上高度相等的光滑斜面，ABC由倾角不同的两部分组成，且AB+BC=AD，两个相同的小球a、b从A点分别沿两侧斜面由静止滑下，不计转折处的能量损失，则滑到底部的先后次序是[ ]]A．a球先到B．b球先到C．两球同时到达D．无法判断【分析】小球沿两斜面下滑过程中，都只有小球的重力做功，机械能守恒，因此，a、b两球滑到底端的速度大小一定相等，即v C=v D．在AD斜面上取AB′=AB（图2），由于AB部分比AB′部分陡些，小球滑到B点的速度必大于滑到B′点的速度，即v B＞v B′．因此，两球在AB与AB′段、BC与B′D段上的平均速度的大小必然是由于对应的斜面长度AB=AB′，BC=B′D．所以通过它们的时间长短必然是t AB＜t AB′，t BC＜t B′D．也就是说，沿ABC斜面的小球先滑到底部．【答】A．【说明】本题还可以画出v-t图作出更简捷的判断．如图3所示，为沿ABC和AD下滑小球a、b的v-t图．由于AB+BC=AD，则图线下方与t轴间的面积应相等，也就是图中划有斜线的两部分面积相等，显然，两球运动时间必然是t a＜t b．图3【例11】如图1，一个质量为m的小球拴在全长L的细线上做成一个单摆，把小球从平衡位置O拉至A，使细线与竖直方向成θ角，然后轻轻释放．若在悬点O′的正下方有一颗钉子P，试讨论，钉子在何处时，（1）可使小球绕钉来回摆动；（2）可使小球绕钉做圆周运动．【分析】小球摆动过程中，只有小球的重力做功．当不考虑细线碰钉时的能量损失时，无论小球绕钉来回摆动，或绕钉做圆周运动，小球的机械能都守恒．【解】（1）小球绕钉来回摆动时，只能摆到跟开始位置A等高的地方，因此，钉子P的位置范围只能在过A点的水平线与竖直线OO′的交点上方（图2），即钉子离悬点O′的距离h应满足条件0≤h≤Lcosθ．（2）设钉子在位置P′时刚好使小球能绕钉做圆周运动，圆半径R=P′O，设小球在最高点C的速度为v c，并规定最低处O为重力势能的零位置（图3），由A、C两位置时的机械能守恒E A=E C，即又因为刚好能越过C点做圆运动，此时绳中的张力为零，由重力提供向心力，即所以钉子P′离悬点O′的距离如果钉子位置从P′处继续下移，则小球将以更大的速度越过圆周的最高点，此时可由绳子的张力补充在最高点时所需的向心力，仍能绕钉子做圆周运动．所以，能绕钉做圆运动时钉子离悬点的距离h′应满足条件【说明】由本题的解答可知，位置P是小球能绕钉来回摆动的最纸位置；位置P′是小球能绕钉做圆周运动的最高位置．如钉子在PP′之间，则悬线碰钉后，先绕钉做圆运动，然后将在某一位置上转化为斜抛运动．【例12】一内壁光滑的环形细圆管，位于竖直平面内，环的半径为R（比细管的半径大得多）．在圆管中有两个直径比细管内径略小的小球（可视为质点）．A 球的质量为m1，B球的质量为m2．它们沿环形圆管顺时针运动，经过最低点时的速度都为v0设A球运动到最低点时，B球恰好运动到最高点，若要此时两球作用于圆管的合力为零，那么m1，m2，R与v0应满足的关系式是______．【分析】A球运动到最低点时，由外壁对它产生的弹力N A和A球重力m1g的合力作为向心力，即A球对外壁产生的压力N A′大小等于N A，方向沿半径背离圆心（图1）．要求对圆管的合力为零，B球在最高点时也必须对外壁（不可能是内壁）产生一个等量的压力N B′．因此，B球在最高点有向外壁挤压的作用，由外壁对它产生的弹力N B和球重m2g的合力作为向心力（图2）．设B球在最高点的速度为v B，据向心力公式和机械能守恒有根据题意N A′=N B′，即要求【例13】如图所示，半径为r，质量不计的圆盘盘面与地面相垂直，圆心处有一个垂直盘面的光滑水平固定轴O，在盘的最右边缘固定有一个质量为m的小球A，在O点的正下方离O点r／2处固定一个质量也为m的小球B．放开盘让其自由转动，问：（1）当A球转到最低点时，两小球的重力势能之和减少了多少？（2）A球转到最低点时的线速度是多少？（3）在转动过程中半径OA向左偏离竖直方向的最大角度是多少？【分析】两小球势能之和的减少，可选取任意参考平面（零势能位置）进行计算．由于圆盘转动过程中，只有两个小球重力做功，根据机械能守恒即可列式算出A球的线速度和半径OA最大偏角．【解】（1）以通过O的水平面为零势能位置，开始时和A球转到最低点时两球重力势能之和分别为∴两球重力势能之和减少（2）由于圆盘转动过程中，只有两球重力做功、机械能守恒，因此，两球重力势能之和的减少一定等于两球动能的增加．设A球转到最低点时，A、B两球的速度分别为v A、v B，则因A、B两球固定在同一个圆盘上，转动过程中的角速度（设为ω）相同．由得v A=2v B．代入公式，得（3）设半径OA向左偏离竖直线的最大角度为θ如图，该位置的机械能和开始时机械能分别为由机械能守恒定律E1=E3，即即2cosθ=1+sinθ．两边平方得4（1－sin2θ）=1+sin2θ+2sinθ，5sin2θ+2sinθ－3=0，【例14】一个质量为m的木块，从半径为R、质量为M的1/4光滑圆槽顶端由静止滑下，在槽被固定和可沿着光滑平面自由滑动两情况下，如图，木块从槽口滑出时的速度大小之比为[ ]【分析】槽固定时，木块下滑过程中只能有重力做功，木块的机械能守恒，木块在最高处的势能全部转化为滑出槽口时的动能．由得木块滑出槽口的速度槽可动时，当木块开始下滑到脱离槽口的过程中，对木块和槽所组成的系统，水平方向不受外力，水平方向的动量守恒．设木块滑出槽口时的速度为v2，槽的速度为u，则mv2+Mu=0又木块下滑时只有重力做功，机械能守恒，木块在最高处的势能转化为木块滑出槽口时的动能和圆槽的动能，即联立两式得木块滑出槽口的速度因此，两情况下滑出槽口的速度之比【答】D．【例15】如图，长为L的光滑平台固定在地面上，平台中央有两小物体A和B，彼此接触靠在一起，A的上表面有一半径为R（R L）、顶端距台面高h的圆槽，槽顶有一小物体C，A、B、C三者质量均为m，现使物体C由静止沿圆槽下滑，且运动过程中它始终与圆槽接触，求1．A和B刚分离时，B的速度；2．A和B分离后，C能达到距平台的最大高度．【分析】物体C下滑时，C对A作用力的水平分力向右，推动A、B一起向右加速运动．当C滑至圆槽底部时，C对A作用力的水平分力为零，A、B两者向右的加速过程结束，速度达到最大．以后，C将沿圆槽上滑，C对A作用力的水平分力向左，A将开始做减速运动，而B则沿平台匀速向右．因此，C滑至圆槽底部的时刻就是A、B即将分离的时刻．把A、B、C三个物体组成的系统作为研究对象，C下滑过程中，系统在水平方向不受外力，动量守恒．同时，整个系统无重力和弹力以外的力作功，机械能守恒．联合应用这两条守恒定律，即可得解．【解】规定以水平向右为正方向，由C刚开始滑下和C滑至圆槽底部两时刻的动量守恒，0=mv A+mv B－mv C．（1）又由于整个系统无重力和弹力以外的力作功，机械能守恒，当取槽底为零势能位置时，且v A=v B．由（1）、（3）两式，得v C=2v B，代入（2）式，即得2．C沿圆槽上滑，至某一最高点时，A、C两者无相对运动，设此时共同速度为v，其方向为水平向左，仍以A+B+C为研究对象，由C刚开始滑下至C、A两者相对静止两时刻动量守恒（此时B以速度v B沿平台匀速右滑），则0=mv B－2mv．（4）又由整个系统的机械能守恒，当取平台为零势能位置时，则【说明】确定A、B两物体何时分离，是解答前半题的关键，此外在应用动量守恒定律时，可始终以A+B+C为研究对象，其初动量恒为零，列式较为简单．【例16】在光滑的水平面上有运动的物体A，其质量为m A，动能为E ka,另有静止的物体B，其质量为m B．在物体B的一个侧面固定一个劲度系数为k的轻质弹簧．如图所示．若物体A冲向弹簧并推动物体B，且相互作用过程中没有能损耗，问（1）m A、m B之间的关系满足什么条件，物体A传给B的动能最大？最大值是多少？（2）如果相互作用后，物体A、B的速率相等，那么m A∶m B=?（3）如果相互作用后，物体A、B的动能相等，那么m A∶m B=？（4）相互作用过程中，弹簧的最大压缩量为多少？【分析】取物体A和B（包括弹簧）组成的系统为研究对象，物体A、B相互作用的过程中，所受到的合外力为零，因此，系统的动量守恒，且题目给定相互作用过程中没有能量损耗，这就意味着系统的机械能守恒．在运用动量守恒和机械能守恒建立方程时，要注意选择合适的两个时刻．（1）～（3）问涉及相互作用结束时物体的动能、速率，要选择相互作用始、末两状态建立方程．而（4）问中要求解弹簧的最大压缩量，当然此时刻并非是弹簧作用的结束，但可以选此时刻和初始时刻，来建立方程求解相关问题．【解】设物体A、B相互作用前，A的速度是v0，作用后A、B的速度分别为v A′和v B′．据动量守恒定律有据机械能守恒定律有联立（1）、（2）两式解得（1）物体A传给B的动能，即相互作用后B的动能为由此可知，当m A=m B时，E′KB取最大值，且最大值为E KA，若v A′=v B′时，有解得，－m A=m B，物体的质量不可能有负值，此解无意义．若v A′=v B′时，有解得m B=3m A，即m A∶m B=1∶3．v A′和v B′后整理得两解都合题意．（4）当弹簧压缩量最大时，物体A、B间没有相对运动，即A和B的速度相等，若其速度为v．据动量守恒和机械能守恒有联立（3）、（4）两式解得【说明】（1）数学是解决物理问题的工具，通常物理问题中求最大值的一类习题，实质上就是数学上求函数极值的问题．为此，第（1）问中，首先要写出动能E′KB 的函数表达式，继而根据函数的性质确定其极值．（2）用数学方法求出的解具有更普遍的意义，这些解是否符合题意，且明确的物理意义，还必须加以分析，本题（2）问中，有一个解出现了“负质量”，这在物理中是不存在的，必须舍去．但在（3）问中，通过解方程也得到两个解，而这两个解则都合题意，则应保留．（3）在解第（4）问时，建立动量守恒和机械能守恒的方程时，选择了相互作用的初始时刻和相互作用过程中间的一个时刻，而不是相互作用末时刻．这正是运用了动量守恒和机械能守恒是对全过程而言的性质．!iedtxx(`stylebkzd', `1107P09.htm')[例17]小球A、B分别固定在长度均为L的轻线、轻杆的下端，杆的上端分别固定于O点，且均能绕O点无摩擦地转动。

第七章 机械能同步练习(一)例1 以20m/s 的速度将一物体竖直上抛,若忽略空气阻力，g 取10m/s 2,试求： （1) 物体上升的最大高度；(2) 以水平地面为参考平面，物体在上升过程中重力势能和动能相等的位置。

解析 (1) 设物体上升的最大高度为H ,在物体整个上升过程中应用机械能守恒定律，有2021mv mgH =， 解得102202220⨯==g v H m=20m 。

（2） 设物体重力势能和动能相等的位置距地面的高度为h ,此时物体的速度为v ，则有221mv mgh =。

在物体被抛出到运动至该位置的过程中应用机械能守恒定律，有2022121mv mv mgh =+。

由以上两式解得104204220⨯==g v h m=10m. 点拨 应用机械能守恒定律时，正确选取研究对象和研究过程,明确初、末状态的动能和势能，是解决问题的关键。

本题第(２）问也可在物体从重力势能与动能相等的位置运动至最高点的过程中应用机械能守恒定律，由221mv mgh =，mgH mv mgh =+221， 解得 2202==H h m=10m 。

例2 如图所示，总长为L 的光滑匀质铁链跨过一个光滑的轻小滑轮，开始时下端A 、B 相平齐，当略有扰动时其一端下落,则当铁链刚脱离滑轮的瞬间,铁链的速度为多大？解析 这里提供两种解法。

解法一(利用E 2=E 1求解)：设铁链单位长度的质量为ρ，且选取初始位置铁链的下端A 、B 所在的水平面为参考平面，则铁链初态的机械能为 21414gL L Lg E ρρ=⋅=， 末态的机械能为 2222121Lv mv E ρ==.根据机械能守恒定律有 E 2=E 1， 即224121gL Lv ρρ=，解得铁链刚脱离滑轮时的速度 2gLv =。

解法二（利用△E k =－△E p 求解）：如图所示,铁链刚离开滑轮时，相当于原来的BB ’部分移到了AA ’的位置。

重力势能的减少量241221gL L Lg E p ρρ=⋅=∆-， 动能的增加量 221Lv E k ρ=∆。