8.4 机械能守恒定律 教学课件(共32张PPT)-2025-2026学年人教版（2019）高中物理必修二

(共32张PPT)
1.了解人们追寻守恒量和建立“能量”概念的漫长过程.
2.知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化.
3.知道机械能守恒的条件，会判断一个过程机械能是否守恒，
能运用机械能守恒定律解决有关问题.
【学习目标】
8.4　机械能守恒定律
一、追寻守恒量
伽利略曾研究过小球在斜面上的运动，如图所示.
将小球由斜面A上某位置由静止释放，如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球在斜面B上速度变为0(即到达最高点)时的高度与它出发时的高度 ，不会更高一点，也不会更低一点.这说明某种“东西”在小球运动的过程中是不变的.
相同
二、动能与势能的相互转化
1.重力势能与动能的转化：只有重力做功时，
若重力对物体做正功，则物体的重力势能 ，动能 ，物体的 转化为 ；
若重力对物体做负功，则物体的重力势能 ，动能 ，物体的 转化为 .
2.弹性势能与动能的转化：只有弹簧弹力做功时，
弹力对物体做正功，弹簧的弹性势能 ，物体的动能 ，弹簧的 转化为物体的 ；弹力对物体做负功，弹簧的弹性势能 ，物体的动能 ，物体的 转化为弹簧的 .
3.机械能： 、 与 统称为机械能.
减少
增加
重力势能
动能
增加
减少
动能
重力势能
减少
增加
弹性势能
动能
增加
减少
动能
弹性势能
重力势能
弹性势能
动能
通过重力或弹力做功，
动能与势能可以相互转化。
导学探究1
如图，质量为m的物体沿光滑曲面滑下的过程中，下落到高度为h1的A处时速度为v1，下落到高度为h2的B处时速度为v2，重力加速度为g，不计空气阻力，选择地面为参考平面.
(1)从A至B的过程中，物体受到哪些力？它们做功情况如何？
物体受到重力、支持力作用.重力做正功，支持力不做功.
三、机械能守恒定律
(2)求物体在A、B处的机械能EA、EB；
(3)从A到B的过程列出动能定理，比较物体在A、B处的机械能的大小.
EB＝EA.
若曲面粗糙呢？
说一说
右侧情况机械能是否守恒
？
用绳拉着一个物体沿着光滑的斜面匀速上升。
跳伞员利用降落伞在空中匀速下落。
抛出的篮球在空中运动。
光滑水平面上运动的小球，把弹簧压缩后又被弹回来。
v
三、机械能守恒定律
1.内容：在只有 或 做功的物体系统内， 与 可以互相转化，而 保持不变.
2.表达式： mv22＋mgh2＝ 或Ek2＋Ep2＝ .
3.应用机械能守恒定律解决问题只需考虑运动的 和 ，不必考虑两个状态间过程的细节，即可以简化计算.
重力
弹力
动能
势能
总的机械能
Ek1＋Ep1
末状态
初状态
注意：只有重力（弹力）做功包括：
①只受重力（弹力），不受其他力
②除重力（弹力）外还受其它力，但其它力都不做功或做功代数和时刻为零
即：只有动能与重力势能、弹性势能相互转化，
没有其他任何能量（内能、电能、化学能等）参与
1.判断下列说法的正误.
(1)通过重力做功，动能和重力势能可以相互转化.(　　)
(2)机械能守恒时，物体一定只受重力和弹力作用.(　　)
(3)合力做功为零，物体的机械能一定保持不变.(　　)
(4)只有重力做功时，物体的机械能一定守恒.(　　)
即学即用
√
×
×
√
2.如图所示，桌面高为h，质量为m的小球从离桌面高为H处自由落下，不计空气阻力，重力加速度为g，以桌面所在水平面为参考平面，则小球落到地面前瞬间的机械能为______.
mgH
针对训练　(多选)在下列几个实例中，机械能守恒的是
A.雨滴接近地面时匀速下落
B.铅球在空中下落(空气阻力不计)
C.物块沿光滑固定斜面向上滑动
D.运载火箭携带卫星飞离地球
BC
[深度思考1]　机械能守恒的物体所受合外力一定为零吗？
不一定，合外力为零时，只是动能不变，机械能守恒是动能和势能之和不变.
[深度思考2]　分析四个选项中，各力做功的情况和机械能的变化情况？
功能关系4：
外力（除重力之外其他的力）做正功，机械能增大，
外力（除重力之外其他的力）做负功，机械能减少
例1　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置于光滑水平面上，物体B沿光滑斜面下滑，物体B机械能守恒
C.丙图中，不计任何阻力和滑轮质量时A加速下落、B加速上升过程中，
A、B系统机械能守恒
D.丁图中，系在橡皮条一端的小球向下摆动时，小球的机械能守恒
C
判断机械能是否守恒
1、对某个物体，若只有重力做功，而其他力不做功，则该物体机械能守恒。
3、物体受重力或弹簧弹力之外还受其它力，其它力做功，但是其它力做功之和为零。
2、对于由两个或两个以上的物体（包括弹簧在内）组成的系统，如果系统只有重力或弹力做功，物体间只有动能、重力势能和弹性势能之间的相互转化，系统与外界没有机械能的转移，系统内部没有机械能与其他形式能的转化，系统的机械能守恒
拓展训练1、一辆小车静止在光滑的水平面上，小车立柱上固定一条长为L，拴有小球的细绳.小球由与悬点在同一水平面处释放.如下图所示，小球在摆动的过程中，不计阻力，则下列说法中正确的是
A.小球的机械能守恒
B.小球的机械能不守恒
C.小球和小车的总机械能守恒
D.小球和小车的总机械能不守恒
总结：系统机械能守恒
（外力只有重力做功，内力不是摩擦力）
BC
拓展训练2、如图所示，木块B与水平桌面间的接触是光滑的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短。则从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中：
A.子弹A与木块B组成的系统机械能守恒
B.子弹A与木块B组成的系统机械能不守恒
C.子弹、木块和弹簧组成的系统机械能守恒
D.子弹、木块和弹簧组成的系统机械能不守恒
BD
1斜面固定且粗糙，物块匀速下滑
2斜面不固定，地面斜面光滑，物块在斜面上下滑
2.判断机械能守恒的方法
(1)做功分析法(常用于单个物体)
(2)能量分析法(常用于多个物体组成的系统)
(3)机械能的定义法：机械能等于动能与势能之和。
若一个过程中动能不变，势能变化，则机械能不守恒，
如匀速上升的物体机械能增加.
例2　如图，质量m＝50 kg的跳水运动员从距水面高h＝10 m的跳台上以v0＝5 m/s的速度斜向上起跳，最终落入水中，若忽略运动员的身高，取g＝10 m/s2，不计空气阻力.求：
(1)运动员在跳台上时具有的重力势能(以水面为零势能面)；
（1）以水面为零势能面，跳台上：Ep＝mgh＝5 000 J.
(2)运动员起跳时的动能；
(3)运动员入水时的速度大小；
入水时的速度大小与起跳时的方向有关吗？
（2）起跳时：
（3）从起跳到入水：
解得v＝15 m/s.
此速度大小与起跳时的方向无关.
四、机械能守恒定律的应用
应用机械能守恒定律解题的一般步骤
(1)根据题意选取研究对象；
(2)明确研究对象的运动过程，分析研究对象在此过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒.
(3)恰当地选取参考平面，确定研究对象在此过程中的初状态和末状态的机械能.
(4)根据机械能守恒定律的不同表达式列方程并求解.
例3　如图，水平轻弹簧一端与墙相连处于自由伸长状态，质量为4 kg的木块沿光滑的水平面以5 m/s的速度开始运动并挤压弹簧，求：
(1)弹簧的最大弹性势能；
(2)木块被弹回速度增大到3 m/s时弹簧的弹性势能.
例4　(多选)如图7，一根轻弹簧下端固定，竖立在水平面上.其上方A位置有一小球，小球从静止开始下落到B位置接触弹簧的上端，在C位置小球所受弹力大小等于重力，在D位置小球速度减小到零.不计空气阻力，则小球
A.下落至C处速度最大
B.由A至D的过程中机械能守恒
C.由B至D的过程中，动能先增大后减小
D.由A运动到D时，重力势能的减少量等于
弹簧弹性势能的增加量
图7
ACD
机械能守恒定律的不同表达式
项目 表达式 物理意义 说明
从守恒的角度看 Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E初＝E末 初状态的机械能等于末状态的机械能 必须先选零势能面
从转化角度看 Ek2－Ek1＝Ep1－Ep2或ΔEk＝－ΔEp 过程中动能的增加量等于势能的减少量 不必选零势能面
从转移角度看 EA2－EA1＝EB1－EB2或ΔEA＝－ΔEB 系统只有A、B两物体时，A增加的机械能等于B减少的机械能
8.4对点练:1D 2B 3C 4AB 5C 6C 7B 8D 9CD 10B 12ACD
考点一　机械能守恒定律的理解与判断
1.在下列情况中，机械能守恒的是
A.飘落的树叶
B.沿着斜面匀速下滑的物体
C.被起重机匀加速吊起的物体
D.离弦的箭在空中飞行(不计空气阻力)
基础对点练
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D
2.关于机械能守恒的叙述，下列说法正确的是
A.做匀速圆周运动的物体，机械能一定守恒
B.物体所受的合力不等于零，机械能可能守恒
C.物体做匀速直线运动，机械能一定守恒
D.物体所受合力做功为零，机械能一定守恒
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B
3.下列说法中正确的是
C
A.图1甲中“蛟龙号”被吊车匀速吊下水的过程中它的机械能守恒
B.图乙中物块在恒力F作用下沿固定光滑斜面匀速上滑过程中，物块的
机械能守恒
C.图丙中物块沿固定斜面匀速下滑过程中，物块的机械能不守恒
D.图丁中撑竿跳高运动员在上升过程中机械能守恒
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4.(多选)如图2所示，一轻弹簧一端固定于O点，另一端系一重物，将重物从与悬点O在同一水平面且弹簧保持原长的A点无初速度释放，让它自由摆下，不计空气阻力，在重物由A点摆到最低点的过程中
A.重物的机械能减少
B.重物与弹簧组成的系统的机械能不变
C.重物与弹簧组成的系统的机械能增加
D.重物与弹簧组成的系统的机械能减少
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图2
AB
考点二　机械能守恒定律的应用
5.如图3所示，质量为1 kg的小物块从倾角为30°、长为2 m的光滑固定斜面顶端由静止开始下滑，若选初始位置为零势能点，重力加速度g取10 m/s2，则它滑到斜面中点时具有的机械能和动能分别是
图3
A.5 J,5 J B.10 J,15 J C.0,5 J D.0,10 J
C
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6.如图4，在地面上以初速度v0抛出质量为m的物体，抛出后物体落在比地面低h的海平面上，重力加速度为g，若以地面为参考平面，且不计空气阻力，则
A.物体在海平面上的重力势能为mgh
B.重力对物体做的功为－mgh
C.物体在海平面上的动能为
D.物体在海平面上的机械能为
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图4
C
7.(2021·河南高二期中)如图5所示，在光滑水平桌面上，用一个质量为1 kg的小球压缩左端固定的水平轻质弹簧.小球与弹簧不拴接，此时弹簧的弹性势能为5 J，小球距桌边的距离大于弹簧原长，释放小球后小球从桌边飞出，落地时的速度方向与水平方向成60°角，则桌面距离地面的高度为(重力加速度g取10 m/s2，不计空气阻力)
A.1 m B.1.5 m C.2 m D.4 m
B
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8.以相同大小的初速度v0将物体从同一水平面分别竖直上抛、斜上抛、沿光滑斜面(足够长)上滑，如图6所示，三种情况达到的最大高度分别为h1、h2和h3，不计空气阻力，则
A.h1＝h2＞h3 B.h1＝h2＜h3
C.h1＝h3＜h2 D.h1＝h3＞h2
能力综合练
图6
D
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9.(多选)蹦极是一项有趣的极限运动，轻质弹性绳的一端固定，另一端和运动员相连，运动员经一段自由下落后绳被拉直，绳的形变是弹性形变，绳处于原长时的弹性势能为零.则在运动员从静止开始自由下落直至最低点的过程中，下列表述正确的是(整个过程中空气阻力不计)
A.运动员的机械能守恒
B.弹性绳的弹性势能先增大后减小
C.运动员与弹性绳的总机械能守恒
D.运动员动能最大时弹性绳的弹性势能不为零
CD
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10.如图7是为了检验某种防护罩承受冲击能力的装置的一部分，M是半径为R＝1.0 m、固定于竖直平面内的四分之一光滑圆弧轨道，轨道上端切线水平，M的下端相切处放置竖直向上的弹簧枪，可发射速度不同的质量m＝0.01 kg的小钢球(可视为质点)，假设某次发射的小钢珠沿轨道内侧恰好能经过M的上端点水平飞出，g取10 m/s2，弹簧枪
的长度不计，则发射该小钢珠前，弹簧的弹性势能为
A.0.10 J B.0.15 J
C.0.20 J D.0.25 J
B
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11.以20 m/s的速度将质量为m的物体从地面竖直向上抛出，若忽略空气阻力，以地面为参考平面，g取10 m/s2，则：
(1)物体上升的最大高度是多少？
(1)以地面为参考平面,机械能守恒:
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(2)上升过程中在何处物体的重力势能和动能相等？此时物体的速度是多大？
12.如图是一个设计“过山车”的试验装置的原理示意图，斜面AB与竖直面内的圆形轨道在B点平滑连接，斜面AB和圆形轨道都是光滑的，圆形轨道半径为R，一个质量为m的小车(可视为质点)在A点由静止释放沿斜面滑下，小车恰能通过圆形轨道的最高点C.已知重力加速度为g.求：
(1)A点距水平面的高度h；
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(2)运动到B点时小车对圆形轨道压力的大小.
尖子生选练
13.(多选)一个物体以一定的初速度竖直上抛，不计空气阻力，如图所示为表示物体的动能Ek随高度h变化的图像A、物体的重力势能Ep随速度v变化的图像B(图线形状为四分之一圆弧)、物体的机械能E随高度h变化的图像C、物体的动能Ek随速度v变化的图像D(图线为开口向上的抛物线的一部分)，其中可能正确的是
ACD
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