2025年高中物理能量转换核心概念与高频习题解析

高中物理功能关系

【专题定位】本专题重要用功能的观点处理物体的运动和带电体、带电粒子、导体棒在

电场或磁场中的运动问题.考察的重点有如下几方面：①重力、摩擦力、静电力和洛伦兹力

的做功特点和求解；②与功、功率有关的分析与计算；③几种重要的功能关系的应用；④动

能定理的综合应用：⑤综合应用机械能守恒定律和能量守恒定律分析问题.

本专题是高考的重点和热点，命题情景新，联络实际亲密，综合性强，侧重在计算题中

命题，是高考的压轴题.

【应考方略】深刻理解功能关系，抓住两种命题情景搞突破：一是综合应用动能定理、

机械能守恒定律和能量守恒定律，结合动力学措施处理多运动过程问题；二是运用动能定理

和能量守恒定律处理电场、磁场内带电粒子运动或电磁感应问题.

知识方法聚焦填填更有底

知识回扣

1.常见的几种力做功的特点

(I)重力、弹簧弹力、静电力做功与途径无关.

(2)摩擦力做功的特点

①单个摩擦力(包括静摩擦力和滑动摩擦力)可以做正功，也可以做负功，还可以不做

功.

②互相作用相一对供摩擦力做功的代数和总等于零,在静摩擦力做功的过程中，只有

机械能的转移，没有机械能转化为其他形式的能；互相作用的•对滑动摩擦力做功的

代数和不为零,且总为负值一在一对滑动摩擦力做功的过程中，不仅有互相摩擦物体

间机械能的转移，尚有部分机械能转化为内能.转化为内能的量等于系统机械能的减

少许，等于滑动摩擦力与相对位移的乘积.

③摩擦生热是指滑动摩擦生热，静摩擦不会生热.

2.几种重要的功能关系

⑴重力的功等于重力势能的变化,即WG一一

(2)弹力的功等于弹性势能的变化,即W-=一△£,.

(3)合力的功等于动能的变化,即W=A&

(4)重力(或弹簧弹力)之外的其他力的功等于机撼能的变化，即W其也=AE.

(5)一对滑动摩擦力做的功等于系统中内能的变化,即Q=Rl相机

'规律方法

I.动能定理的应用

(1)动能定理的合用状况：处理单个物体(或可当作单个物体的物体系统)受力与位移、速

率关系的问题.动能定理既合用于直线运动，也合用于曲线运动：既合用于恒力做功，

也合用于变力做功，力可以是多种性质的力，既可以同步作用，也可以分段作用.

(2)应用动能定理解题的基本思绪

①选用研究对象，明确它的运动过程.

②分析研究对象的受力状况和各力做功状况，然后求各个外力做功的代数和.

③明确物体在运动过程始、末状态的动能Eki和乐3

④列出动能定理的方程卬传=反2一反1，及其他必要的解题方程，进行求解.

2.机械能守恒定律的应用

(I)机械能与否守恒的判断

①用做功来判断，看重力(或弹簧弹力)以外的其他力做功的代数和与否为雯」

②用能量转化来判断，看与否有机械能转化为其他形式的能.

③对某些“绳子忽然绷紧”、“物体间碰撞”等问题，机械能一般不守恒，除非题目

中有尤其阐明及暗示.

(2)应用机械能守恒定律解题的基本思绪

①选用研究对象——物体系统.

②根据研究对象所经历的物理过程，进行受力、做功分析,判断机械能与否守恒.

③恰当地选用参照平面，确定研究对象在运动过程的始、木状态时的机械能.

④根据机械能守恒定律列方程，进行求解.

热点题型例析做做有感悟

题型1力学中的几种重要功能关系的应用

m11如图1所示，轻质弹簧的一端与固定的竖直板p拴接，另一端与物体A相连，物体

A静止于光滑水平桌面上，右端接一细线，细线绕过光滑的定滑轮与物体B相连.开始

时用手托住B,让细线恰好伸直，然后由静止释放B,直至B获得最大速度.下列有关

该过程的分析对的的是()p

A.B物体的机械能一直减小卜

B.B物体的动能的增长量等于它所受重力与拉力做的功之和「「

C.B物体机械能的减少许等于弹簧的弹性势能的增长量B

D.细线拉力对A物体做的功等于A物体与弹簧所构成的系统机械能的增

长量

【以题说法】1.本题要注意几种功能关系：重力做的功等于重力势能的变化量；弹簧弹力做

的功等于弹性势能的变化量；重力以外的其他力做的功等于机械能的变化量；合力做的

功等于动能的变化量.

2.本题在应用动能定理时，应尤其注意研究过程的选用.并且要弄清晰每个过程各力做功

的状况.

针对调绦1如图2所示，楔形木块abc固定在水平面上，粗糙斜面ab和光滑斜面be与水

平面的夹角相似，顶用b处安装一定滑轮.质量分别为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()

A.两滑块构成的系统机械能守恒

B.重力对M做的功等于M动能的增长多少y

C.轻绳对m做的功等于m机械能的增长aN__________

D.两滑块构成系统的机械能损失等于M克服摩擦力做的功

题型2动力学措施和动能定理的综合应用

【例2】(15分)如图3所示，上表面光滑、长度为3m、质量M=10kg的木板，在F=50N

的水平拉力作用下，以vo=5m/s的速度沿水平地面向右匀速运动.现将一种质量为m

=3kg的小铁块(可视为质点)无初速度地放在木板最右端，当木板运动了L=1m时，

又将第二个同样的小铁块无初速地放在木板最右端，后来木板每运动1m就在其最右端

无初速度地放上一种同样的小铁块.(g取l()m/s2)求：

(1)木板与地面间的动摩擦因数；।

(2)刚放第三个小铁块时木板的速度；

(3)从放第二个小铁块开始到木板停止的过程，木板运动的距离.

【以题说法】1,在应用动能定理解题时首先要弄清物体的受力状况和做功状况.此题尤其要

注意每放一种小铁块都会使滑动摩擦力增长gmg.

2.应用动能定理列式时要注意运动过程的选用，可以全过程列式，也可以分过程列式.

针对摒等4如图4所示，倾角为37。的粗糙斜面AB底端与半径R=0.4m的光滑半圆轨道

BC平滑相连，O点为轨道圆心，BC为圆轨道直径巨处在竖直方向，A、C两点等高.质

量m=1kg的滑块从A点由静止开始下滑，恰能滑到与O点等高的D点，g取10m/s2,

sin37°=0.6,cos37°=0.8.

(1)求滑块与斜面间的动摩擦因数M；

(2)若使滑块能抵达C点，求滑块从A点沿斜面滑下时的初速度V。的最小值；

(3)若滑块离开C点的速度大小为4m/s,求滑块从C点飞出至落到斜面上所经历的时间t.

题型3动力学措施和机械能守恒定律的应用

m31(14分)如图5,质量为M=2kg的顶部有竖直壁的容器A,置于倾角为9=30。的固

定光滑斜面上，底部与斜面啮合，容器顶面恰好处在水平状态，容器内有质量为m=lkg

的光滑小球B与右壁接触.让A、B系统从斜面上端由静止开始下滑L后刚好抵达斜

面底端，已知L=2m,取重力加速度g=10m/s?.求:

(1)小球抵达斜面底端的速度大小；

(2)下滑过程中，A的水平顶面对B的支持力大小;

(3)下滑过程中，A对B所做的功.

【以题说法】若判断多种物体构成的系统机械能与否守恒，最简朴有效的措施是看能量与否

向机械能之外的其他能量转化.例如，此题中各个接触面都是光滑的，不会产生内能，

也没有其他能量参与转移或转化，因此A、B构成的系统机械能守恒.

针对1募3.如图所示，轮半径r=10cm的传送带，水平部分AB的长度L=1.5m,与一圆

心在O点、半径R=1m的竖直光滑圆轨道的末端相切于A点，AB高出水平地面H=

1.25m,一质量m=Qlkg的小滑块(可视为质点)，由圆轨道上的P点从静止释放，OP

与竖直线的夹角0=37。.已知sin37。=0.6,cos370=0.8,g=10m/s2,滑块与传送带间

的动摩擦因数不计空气阻力.

(1)求滑块对圆轨道末端的压力；

(2)若传送带一直保持静止，求滑块的落地点与B间的水平距离；

(3)若传送带以v0=0.5m/s的速度沿逆时针方向运行(传送带上部分由B到A运动)，求

滑块在传送带上滑行过程中产生的内能

读题审题解题题题方秘诀

6.综合应用动力学和能量观点分析多过程问题

汽车发动机的功率为6()kW,汽车的质量为4t,当它行驶在坡度为0.02(sina=0.02)的长直

公路上时，如图所示，所受摩擦阻力为车重的0.1倍(g=10mH),求：

(1)汽车所能到达的最大速度Vm；

⑵若汽车从静止开始以0.6m/s2的加速度做匀加速直线运动，则此过程能维持多长时

间？

(3)当汽车匀加速行驶的速度到达最大值时，汽车做功多少？

针对艰殊&如图8所示，将一质量m=0.1kg的小球自水平平台顶端O点水平抛出，小球

恰好无碰撞地落到平台右侧一倾角为a=53。的光滑斜面顶端A并沿斜面下滑，斜面底

端B与光滑水平轨道平滑连接，小球以不变的速率过B点后进入BC部分，再进入竖

直圆轨道内侧运动.已知斜面顶端与平台的高度差h=3.2m,斜面高H=15m,竖直圆

轨道半径R=5m.取sin530=0.8,cos530=0.6,g=10m/s2,试求：

(1)小球水平抛出的初速度如及斜面顶端与平台边缘的水平距离x；

(2)小球从平台顶端。点抛出至落到斜面底端B点所用的时间；

(3)若竖直圆轨道光滑，小球运动到圆轨道最高点D时对轨道的压力.

专题突破

一、单项选择题

1.质量为〃?的人造地球卫星与地心的距离为「时，引力势能可表达为%=一牛，其中G

为引力常量，M为地球质量，该卫星本来在半径为尺的轨道上绕地球做匀速圆周运动,

由于受到极稀薄空勺,的摩擦作用，飞行一段时间后其圆周运动的半径变为此，此过程

中因摩擦而产生的热量为()

2.如图1所示，质量为加的物体(可视为质点)以某一初速度从4点冲上倾角为30。的固定

斜面，其运动的加速度大小为全，沿斜面上升的最大高度为伍则物体沿斜面上升的过

程中)

A.物体的重力势能增长了三阳力

B.物体的重力势能增长了〃功力

C.物体的机械能损失了%电力

D.物体的动能减少了mgh

3.用电梯将货品从六楼送到一楼的过程中，货品的。一，图象如图2所示.下列说法对的

的是

A.前2s内货品处在超重状态

B.最终1s内货品只受重力作用

C.货品在10s内的平均速度是1.7m/s

D.货品在2s〜9s内机械能守恒

4.质量为，〃的汽车在平直的路面上启动，启动过程的速度一时间图象如图3所示，其中

OA段为直线，A8段为曲线，B点后为平行于横轴的直线.已知从力时刻开始汽车的功

率保持不变，整个运动过程中汽车所受阻力的人小恒为R，如下说法对的的是（）

A.0〜八时间内，汽车牵引力的数值为"用

/I

B.力〜/2时间内，汽车的功率等于（吟+6）。2

C.力〜，2时间内，汽车的平均速率不不小于安啰

D.汽车运动的最大速率02=（鲁■+1）6

二、多选题

5.如图所示，绝缘弹簧的下端固定在斜面底端，弹簧与斜面平行，带电小球Q（可视为质点）

固定在光滑绝缘斜面上的M点，且在通过弹簧中心的直线向上.现把与。大小相似，

带电性也相似的小球P，从直线外上的N点由静止释放，在小球。与弹簧接触到速度

变为零的过程中（）

A.小球P的速度先增大后减小p&

B.小球P和弹簧的机械能守恒，且P速度最大时所受弹力与库仑力的合力最"

大

C.小球。的动能、重力势能、电势能与弹簧的弹性势能的总和不变

D.系统的机械能守恒

6.一物体静止在水平地面上，在竖直向上的拉力F的作用下开始向上运动，如图5甲所

示.在物体运动过程中，空气阻力不计，其机械能E与位移x的关系图象如图乙所示,

其中曲线上点A处的切线的斜率最大.则

A.在为处物体所受拉力最大

B.在双处物体的速度最大

C.在XI〜依过程中，物体的动能先增大后减小

D.在0〜X2过程中，物体的加速度先增大后减小

7.被誉为“豪小子”的纽约尼克斯队17号华裔球员林书豪在美国职业篮球(NBA)赛场上

大放光彩.现假设林书豪准备投二分球前先屈腿下蹲再竖直向上跃起，已知林书豪的质

量为，〃，双脚离开地面时的速度为。，从开始下蹲至跃起过程中重心上升的高度为人

则下列说法对的的是()

A.从地面跃起过程中，地面支持力对他所做的功为0

B.从地面跃起过程内，地面支持力对他所做的功为耳

C.离开地面后，他在上升过程和下落过程中都处在失重状态

D.从卜蹲到离开地面上升过程中，他的机械能守恒

三、非选择题

8.水上滑梯可简化成如图6所示的模型，光滑斜槽AB和粗糙水平槽BC平滑连接，斜槽

AB的竖直高度H=60m,倾角0=37°,水平槽BC长d=2.5m,BC面与水面的距禽

h=0.80m,人与BC间的动摩擦因数为p=0.40.一游戏者从滑悌顶端A点无初速度地自

由滑下,求：(取重力加速度g=10m/s2,cos37°=0.8,sin37°=0.6)

(1)游戏者沿斜槽AB下滑时加速度的大小；

(2)游戏者滑到C点时速度的大小；

(3)在从C点滑出至落到水面的过程中，游戏者在水平方向上的位移的大小.

9.如图所示，倾角为。的光滑斜面上放有两个质量均为〃?的小球A和氏两球之间用一根

长为L的轻杆相连，下面的小球B离斜面底端的高度为力.两球从静止开始下滑，不计

球与地面碰撞时的机械能损失，且地面光滑，求：A

(1)两球都进入光滑水平面时两小球运动的速度大小；招

(2)此过程中杆对B球所做的功.彳、

10.如图7所示，质量为m=1kg的小物块轻轻地放在水平匀速运动的传送带上的P点，

随传送带运动到A点后水平抛出，小物块恰好无碰撞地沿圆弧切线从B点进入竖直光

滑的圆弧轨道.B、C为圆弧轨道的两端点，其连线水平，已知圆弧轨道的半径R=1.0

m,圆弧轨道对应的圆心角8=106。，轨道最低点为O,A点距水平面的高度h=0.8m,

小物块离开C点后恰能无碰撞地沿固定斜面向上运动，0.8