2024届高考物理二轮复习 专题06 机械能守恒定律能量守恒定律 课件(共58张PPT)

(共58张PPT)
第06讲
机械能守恒定律
能量守恒定律
01
考情分析
真题研析 · 核心提炼 · 题型特训
目录
CONTENTS
考点一 机械能及守恒的判断
考向1 机械能转化及守恒的判断
考点二 机械能守恒定律的应用
考向1 机械能的图像类问题
考向2 单个物体的机械能守恒
考向3 多个物体(系统)的机械能守恒
考点三 能量守恒定律及其应用
考向1 能量转化及守恒定律的综合应用
考向2 涉及弹簧的能量问题
考向3 涉及板块、传送带的能量问题
02
知识构建
03
考点突破
01
考情分析
稿定PPT
考情分析
考点要求 考题统计
机械能转化及守恒的判断 考向一 机械能转化及守恒的判断：2023 全国 高考真题、2023 浙江 高考真题、2023 重庆 高考真题、2022 湖南 高考真题、2022 浙江 高考真题、2021 全国 高考真题、2021 浙江 高考真题、2021 广东 高考真题
机械能守恒定律的应用 考向一 机械能的图像类问题：2023 浙江 高考真题、2022 福建 高考真题、2022 江苏 高考真题、2021 湖北 高考真题
考向二 单个物体的机械能守恒：2023 辽宁 高考真题、2022 全国 高考真题、2021 浙江 高考真题、2021 海南 高考真题、2021 河北 高考真题、2021 重庆 高考真题
考向三 多个物体(系统)的机械能守恒：2022 河北 高考真题、2021 全国 高考真题
能量转化及守恒定律的综合应用 考向一 能量转化及守恒定律的综合应用：2022 浙江 高考真题、2022 浙江 高考真题、2021 浙江 高考真题
考向二 涉及弹簧的能量问题：2022 江苏 高考真题、2022 湖北 高考真题、2021 江苏 高考真题、2020 浙江 高考真题
考向三 涉及板块、传送带的能量问题：2023 全国 高考真题、2020 全国 高考真题、2021 山东 高考真题
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考情分析
考情分析
命题规律及方法指导 1. 命题重点：机械能守恒定律不单单会考本身知识，会结合匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动邓运动形式进行考察，利用机械能守恒去求解一些物理量，本部分内容中高考没有做强制性要求，利用动能定理依然可解。另外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
2.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。
3.常考题型：选择题，计算题．
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考情分析
考情分析
命题预测 1.本专题属于重点、难点内容；
2.高考命题考察方向
①机械能守恒定律的考查：结合物体的典型运动进行考查；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。
①能量及能量守恒定律的考察：结合典型运动考察涉及弹簧能量、摩擦力做功能量转化等问题
02
网络构建
网络构建
考点一 机械能及守恒的判断
1. 机械能
2. 机械能是否守恒的三种判断方法
考向1 机械能转化及守恒的判断
真题研析·规律探寻
例1 (2023 全国 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 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
B
【考向】机械能
不计空气阻力仅受重力，故机械能守恒
仅受重力，合外力不变
加速度不变
平抛运动是匀变速曲线运动
速度大小不断变大
真题研析·规律探寻
例2 (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（　　）
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
B
【考向】机械能守恒的判断
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,机械能不守恒
核心提炼·考向探究
1）重力势能：Ep=mgh .
2）弹性势能： .
3）动能： ，单位：焦耳(J).
机械能
①重力势能是地球和物体组成的系统共有的，而不是物体单独具有的.
②重力势能的大小和零势能面的选取有关.
③重力势能是标量，但有“+”、“-”之分.
①动能是描述物体运动状态的物理量，是个状态量
核心提炼·考向探究
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.
机械能是否守恒的三种判断方法
题型特训·命题预测
1.（2024 山西大同 统考模拟预测）北京时间2023年6月
4日6时33分，神舟十五号载人飞船返回舱在东风着陆场
成功着陆，神舟十五号载人飞行任务取得圆满成功。如
图所示是神舟十五号载人飞船返回舱返回地面时的情境
，打开降落伞后的一段时间内，整个装置先减速后匀速下降，在这段时间内关于返回舱的说法正确的是（　　）
A．打开降落伞之后，返回舱仍处于失重状态
B．匀速下降阶段，返回舱的机械能守恒
C．匀速下降阶段，返回舱机械能的减少量等于重力对飞船做的功
D．减速下降阶段，返回舱动能的减少量等于阻力对飞船做的功
C
【考向】机械能转化及守恒的判断
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题型特训·命题预测
2. (2023 上海闵行 统考二模)如图为“Y”型弹弓，先用力拉弹兜（内有弹丸）使皮筋拉伸，然后由静止释放弹丸，不计空气阻力，弹出的弹丸在空中运动一段时间后击中目标。下列说法不正确的是（　　）
A．拉伸皮筋的过程，皮筋的弹性势能增大
B．释放弹丸后弹丸弹出前，弹兜对弹丸做正功
C．弹出后在空中运动的过程，弹丸的动能一直增大
D．由静止释放后击中目标前，弹丸的机械能先增大后保持不变
C
【考向】机械能转化及守恒的判断
题型特训·命题预测
3. (2024 甘肃白银 校考二模)高空“蹦极”是勇敢者的
游戏。蹦极运动员将专用弹性橡皮绳（质量忽略不
计）的一端系在双脚上，另一端固定在高处的跳台
上，运动员无初速地从跳台上落下。若不计空气阻
力，则（　　）
A．弹性绳刚伸直时，运动员开始减速
B．整个下落过程中，运动员的机械能保持不变
C．整个下落过程中，重力对运动员所做的功大于运动员克服弹性绳弹力所做的功
D．弹性绳从伸直到最低点的过程中，运动员的重力势能与弹性绳的弹性势能之和先减小后增大
D
【考向】机械能转化及守恒的判断
考点二 机械能守恒定律的应用
1.机械能与图象结合的问题
2.应用机械能守恒定律解题的一般步骤
3.系统机械能守恒的三种表示方式
4.多物体系统的机械能守恒问题
考向1 机械能的图像类问题
考向2 单个物体的机械能守恒
考向3 多个物体(系统)的机械能守恒
真题研析·规律探寻
例1 (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．
D
【考向】机械能与图象结合的问题
不计空气阻力仅受重力，
加速度等于重力加速度不变，
机械能不变
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真题研析·规律探寻
例2 (2022 全国 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
C
【考向】机械能守恒定律的应用
下落高度h，
由机械能守恒 .
几何关系
真题研析·规律探寻
【考向】单个物体的机械能守恒
真题研析·规律探寻
【考向】动能定理在多过程中的应用
【答案】（1） ，水平向左
机械能守恒
真题研析·规律探寻
【考向】动能定理在多过程中的应用
【答案】（2）
机械能守恒
真题研析·规律探寻
【考向】动能定理在多过程中的应用
【答案】（3）
真题研析·规律探寻
【考向】多个物体(系统)的机械能守恒
真题研析·规律探寻
【考向】多个物体(系统)的机械能守恒
【答案】（1）
经过每一个减速带时损失的机械能
真题研析·规律探寻
【考向】多个物体(系统)的机械能守恒
【答案】（2）
真题研析·规律探寻
【考向】多个物体(系统)的机械能守恒
【答案】（3）
核心提炼·考向探究
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．
机械能与图象结合的问题
核心提炼·考向探究
2）图象所围“面积”和图象斜率的含义
① v-t图像：图线与横轴围成的面积表示位移（ x=vt）
② a-t图像：图线与横轴围成的面积表示速度变化量（ Δv=at）
③ F-x图像：图线与横轴围成的面积表示功（W=Fx ）
④ Ek-x图像：图线的斜率表示合外力（ ）
⑤ EP-x图像：图线的斜率的绝对值表示重力（ ）
⑥ P-t图像：图线与横轴围成的面积表示功（W=Pt ）
机械能与图象结合的问题
核心提炼·考向探究
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．
应用机械能守恒定律解题的一般步骤
核心提炼·考向探究
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
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
动能定理的进一步理解及简单应用
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
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
核心提炼·考向探究
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
动能定理的进一步理解及简单应用
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.
核心提炼·考向探究
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(可参考《专题03 考点一中关于牵连速度的讲解)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．
多物体系统的机械能守恒问题
核心提炼·考向探究
多物体系统的机械能守恒问题
几种实际情景的分析
①速率相等情景
注意分析各个物体在竖直方向的高度变化．
②角速度相等情景
Ⅰ、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．
Ⅱ、由v＝ωr知，v与r成正比．
核心提炼·考向探究
多物体系统的机械能守恒问题
③某一方向分速度相等情景(关联速度情景)
两物体速度的关联实质：沿绳(或沿杆)方向的分速度大小相等．
1. (2023 四川成都 校联考模拟预测)跳台滑雪是运动员以滑雪板为工具，在专设的跳台上以自身的体重通过助滑坡获得速度，比拼跳跃距离和动作姿势的一种雪上竞技项目。某次比赛中，滑雪运动员从起跳点跳起后斜向上飞跃，运动至最高点后，最终下落至水平地面上，忽略运动员在空中运动时受到的阻力，以起跳点为零势能点，Ep、Ek和E分别表示运动过程中运动员的重力势能、动能和机械能，h表示运动过程中竖直向上的位移。则下列说法正确的是（　　）
A． B． C． D．
题型特训·命题预测
B
【考向】机械能的图像类问题
题型特训·命题预测
【考向】单个物体的机械能守恒
【答案】（1）a=gsinθ，沿斜面向上；（2）F=2mg sinθ；（3）见讲义解析；（4）
题型特训·命题预测
【考向】多个物体(系统)的机械能守恒
【答案】
考点三 能量守恒定律及其应用
1.涉及弹簧的能量问题
2.摩擦力做功的能量问题
3.板块问题
4.传送带问题
考向1 能量转化及守恒定律的综合应用
考向2 涉及弹簧的能量问题
考向3 涉及板块、传送带的能量问题
真题研析·规律探寻
例1 (2021 浙江 高考真题)一辆汽车在水平高速公路上以80km/h的速度匀速行驶，其1s内能量分配情况如图所示则汽车（　　）
A．发动机的输出功率为70kW
B．每1s消耗的燃料最终
转化成的内能是5.7×104J
C．每1s消耗的燃料最终
转化成的内能是6.9×104J
D．每1s消耗的燃料最终
转化成的内能是7.0×104J
C
进入发动机的能量最终都转化为内能
【考向】能量转化及守恒
真题研析·规律探寻
例2 (2023 统考高考真题)一位游（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
9m/s时，输出电功率为405kW，风速在5~10m/s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A，空气密度为ρ，风场风速为v，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ρAv2/2
C．若每天平均有1.0×108kW的风能资源，则每天发电量为2.4×109kW·h
D．若风场每年有5000h风速在6~10m/s范围内，则该发电机年发电量至少为6.0×105kW·h
D
【考向】能量转化及守恒
单位时间内体积V0=Av
单位时间内空气动能 ,η为效率
真题研析·规律探寻
例2 (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fl
C．物块的动能一定大于
D．物块的动能一定小于
BD
【考向】板块问题
xm
xM
摩擦产生的摩擦热 .
能量守恒定律 .
真题研析·规律探寻
【考向】涉及弹簧的能量问题
真题研析·规律探寻
【答案】（1）
【考向】涉及弹簧的能量问题
能量守恒定律 .
真题研析·规律探寻
【答案】（2）
【考向】涉及弹簧的能量问题
能量守恒定律 .
真题研析·规律探寻
【答案】（3）
【考向】涉及弹簧的能量问题
真题研析·规律探寻
【考向】涉及弹簧的能量问题
核心提炼·考向探究
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.
涉及弹簧的能量问题
核心提炼·考向探究
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W=-Ff·x相对，即发生相对滑动时产生的热量。
摩擦力做功的能量问题
核心提炼·考向探究
1）动力学分析：
①分别对滑块和木板进行受力分析（注意摩擦力方向），根据牛顿第二定律求出各自的加速度；
②从放上滑块到二者速度相等，所用时间相等，由 ，可求出共同速度v和所用时间t，
③由位移公式可分别求出二者的位移．
2）功和能分析：对滑块和木板分别运用动能定理，或者对系统运用能量守恒定律．
板块问题
核心提炼·考向探究
板块问题
要注意区分三个位移：
①求摩擦力对滑块做功时用滑块对地的位移x滑；
②求摩擦力对木板做功时用木板对地的位移x板；
③求摩擦生热时用相对位移Δx.
核心提炼·考向探究
传送带问题
核心提炼·考向探究
1）动力学分析：
①分别对滑块和木板进行受力分析（注意摩擦力方向），根据牛顿第二定律求出各自的加速度；
②从放上滑块到二者速度相等，所用时间相等，由 ，可求出共同速度v和所用时间t，
③由位移公式可分别求出二者的位移．
2）功和能分析：对滑块和木板分别运用动能定理，或者对系统运用能量守恒定律．
板块问题
要注意区分三个位移：
①求摩擦力对滑块做功时用滑块对地的位移x滑；
②求摩擦力对木板做功时用木板对地的位移x板；
③求摩擦生热时用相对位移Δx.
2. (2023 贵州贵阳 统考模拟预测)如图1所示，一台风力发电机的叶片长度为L，当风吹过叶片时，由于空气动力的效应带动叶轮转动，叶轮通过主轴连结齿轮箱带动发电机发电。图2是该风力机的扫掠面积示意图（风叶旋转扫过的面积在垂直于风向的投影面积，是风力发电机截留风能的面积）。已知空气的密度为ρ，当地风速为v，风的动能转化为电能的效率为η，则该风力发电机的功率为（　　）
A． B．
C． D．
题型特训·命题预测
A
【考向】能量转化及守恒定律的综合应用
题型特训·命题预测
【考向】涉及弹簧的能量问题
AC
题型特训·命题预测
【考向】涉及弹簧的能量问题
【答案】（1）0.2m；（2）
5. (2023 全国 校联考模拟预测)(多选)如图所示，水平传送带以恒定速度v=5m/s顺时针匀速运行，左、右两端A、B之间距离L=8m。现将一质量m=2kg可看做质点的物块轻轻放到传送带的A端，同时对物块施加一水平向右的恒力F=6N．已知物块与传送带之间的动摩擦因数为μ=0.2，重力加速度g取10m/s2。物块从A端运动到B端的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．物块先匀加速运动后匀速运动
B．物块从A端运动到B端的时间为2s
C．物块运动到B端时，恒力F的瞬时功率为30W
D．物块与传送带间因克服摩擦产生的焦耳热为12J
题型特训·命题预测
BD
【考向】涉及板块、传送带的能量问题
6. (2024 河南信阳 信阳高中校考一模)(多选)如图所示，质量为M=1kg的长木板放在粗糙的水平地面上，质量m=0.5kg的小物块置于长木板右端，小物块与长木板之间的动摩擦因数μ1=0.4，长木板与地面之间的动摩擦因数μ2=0.1。现给小物块施加一个水平向左的恒力F1=3N，给长木板施加一个水平向右的恒力F2=4.5N.2s时撤掉力F1，小物块始终未从长木板上掉下来。下列说法正确的是（　　）
A． 0~2s长木板的加速度aM=3m/s2
B． 0~2s过程中F1对小物块做了12J的功
C． 0~4s的过程中小物块与长木板之间的摩擦生热Q=24J
D．恒力对小物块、木板系统做的功等于系统机械能的增加量
题型特训·命题预测
BC
【考向】涉及板块、传送带的能量问题