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4.5 机械能守恒定律 预习案 高一物理教科版（2019）必修第二册
1.明确机械能守恒定律的含义和适用条件。
2.能准确判断具体的运动过程中机械能是否守恒。
3.熟练应用机械能守恒定律解题。
重点 能准确判断具体的运动过程中机械能是否守恒
难点 熟练应用机械能守恒定律解题
一、动能和势能的相互转化
1．动能和势能的转化实例
（1）自行车下坡时，重力势能减少，动能增加。
（2）荡秋千过程中，向上摆动时，动能减少，重力势能增加，向下摆动时，动能增加，重力势能减少。
（3）撑杆跳高过程中，脱离杆之前，动能、重力势能、弹性势能在相互转化，脱离杆后，只有动能和重力势能在相互转化。
2．动能和势能相互转化时的特点：重力或弹力做正功时，①____能向②____动能转化，做负功时，③____动能向④____势能转化。
3．实验探究
（1）实验装置：将螺母用细线挂在铁架台上制成单摆。
（2）实验步骤：把螺母拉起一个较小的角度，放手后，它能摆至另一侧的⑤____位置；在铁架台的杆上固定一个夹子，当螺母摆到最低点时，细线被夹子挡住，但螺母仍能摆到另一侧的⑥____位置。
（3）实验结论：忽略空气阻力，只有重力做功时，动能和势能在相互转化的过程中，⑦____不变。
4．理论探究
（1）探究情景：物体做抛体运动的过程，如图所示。
（2）推导过程：A位置的机械能
EA＝mgh1＋mv。
B位置的机械能
EB＝mgh2＋mv
对A至B过程由动能定理有
mg（h1－h2）＝mv－mv
即mgh1＋mv＝mgh2＋mv，EA⑧____EB。
二、机械能守恒定律
（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，⑨____和⑩____会发生相互转化，但 ________的总量保持不变。
（2）表达式：Ep1＋Ek1＝Ep2＋Ek2。
（3）守恒条件：只有重力（或弹力）做功。
答案：
①势 ②动 ③动 ④势 ⑤等高 ⑥等高 ⑦总量 ⑧＝ ⑨动能 ⑩势能 机械能
1.将一个重为50N的物体竖直向上匀速提高了3m，此过程中物体( )
A.动能增加了150J B.机械能守恒
C.重力势能增加了150J D.重力做功150J
2.网球运动员沿水平方向击出网球后，网球在空中运动的过程（不计空气阻力），其动能和机械能E随时间t变化图像可能正确的是( )
A. B.
C. D.
3.2024年我国研制的“朱雀三号”可重复使用火箭垂直起降飞行试验取得圆满成功。假设火箭在发动机的作用下，从空中某位置匀减速竖直下落，到达地面时速度刚好为零。若在该过程中火箭质量视为不变，则( )
A.火箭的机械能不变 B.火箭所受的合力不变
C.火箭所受的重力做正功 D.火箭的动能随时间均匀减小
4.如图所示，一条不可伸长的轻绳跨过定滑轮，绳的两端各系一个小球A和B，B球的质量是A球的3倍。用手托住B球，使轻绳拉紧，A球静止于地面，不计空气阻力、定滑轮的质量及轮与轴间的摩擦。已知重力加速度为g。由静止释放B球，到B球落地前的过程中，下列说法正确的是( )
A.B球重力势能的减少量等于两球动能的增加量
B.轻绳拉力对A球做的功等于A球机械能的增加量
C.B球重力势能的减少量大于A球机械能的增加量
D.轻绳拉力对两小球的总冲量为零
5.如图所示，质量的小球用长的轻质细绳悬挂在距水平地面高的O点。现将细绳拉直至水平状态，自A点无初速度释放小球，运动至悬点O的正下方B点时细绳恰好断裂，接着小球做平抛运动，落至水平地面上C点。不计空气阻力，重力加速度g取。求：
(1)细绳能承受的最大拉力；
(2)细绳断裂后小球在空中运动所用的时间；
答案以及解析
1.答案：C
解析：A.由于物体做匀速运动，其初动能与末动能相同，则此过程中物体动能的变化量为0，故A错误；B.只有重力或弹力做功的系统机械能守恒，而在此过程中，除了重力做功，拉力也在对物体做功，且拉力对物体做正功，物体的机械能增加，故B错误；C.重力势能的增加量，故C正确；D.物体位置升高，此过程中重力做负功，重力所做的功为，故D错误。故选C。
2.答案：C
解析：AB.根据平抛运动的规律可得
由此可知，图像为开口向上的抛物线，但顶点不在坐标原点，故AB错误；
CD.由于网球做平抛运动，运动过程中只有重力做功，机械能守恒，故C正确，D错误。
故选C。
3.答案：BC
解析：A．由于火箭匀减速竖直下落，速度减小，动能减小，且重力势能减小，故火箭的机械能减小，故A错误；B．由于火箭匀减速竖直下落，加速度恒定，由牛顿第二定律可知，火箭所受的合力不变，故B正确；C．由于火箭的重力势能减小，故火箭所受的重力做正功，故C正确；D．火箭的动能，故火箭的动能不随时间均匀减小，故D错误。故选BC。
4.答案：BC
解析：A.B球落地前的过程中，B球的重力势能减小，A球的重力势能增大，两球的动能均增大，可知，B球重力势能的减少量等于两球动能的增加量与A球重力势能的增加量之和，故A错误；B.A球上升过程受到重力与轻绳拉力作用，轻绳拉力对A球做正功，根据功能关系可知，轻绳拉力对A球做的功等于A球机械能的增加量，故B正确；C.结合上述可知，B球重力势能的减少量等于两球动能的增加量与A球重力势能的增加量之和，即B球重力势能的减少量大于A球机械能的增加量，故C正确；D.对A球分析可知，轻绳拉力对A球冲量方向竖直向上，对B球分析可知，轻绳拉力对B球冲量方向也竖直向上，可知，轻绳拉力对两小球的总冲量不为零，故D错误。故选BC。
5.答案：(1)60N(2)1s
解析：（1）A到B的过程，根据机械能守恒
在B处由牛顿第二定律得
故最大拉力
（2）细绳断裂后，小球做平抛运动，且
故

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