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专题06 机械能守恒定律 能量守恒定律
目录
01 考情透视·目标导航..........................................................................................................2
02 知识导图·思维引航..........................................................................................................3
03 核心精讲·题型突破..........................................................................................................4
题型一 机械能守恒定律的应用.......................................................................................................................4
【核心精讲】...............................................................................................................................................................................................4
考点1 机械能守恒的判断方法及特殊情况.................................................................................................................................4
考点2 系统机械能守恒的三种表示方式.....................................................................................................................................4
考点3 多物体系统及连接体的机械能守恒问题.......................................................................................................................4
考点5 应用机械能守恒定律解题的思路及步骤.......................................................................................................................5
考点4 机械能相关的图象类问题...................................................................................................................................................6
【真题研析】...............................................................................................................................................................................................6
【命题预测】...............................................................................................................................................................................................8
考向1 机械能及其守恒的判断和简单应用.................................................................................................................................8
考向2 多物体的机械能转化及守恒..............................................................................................................................................8
考向3 机械能相关的图象类问题...................................................................................................................................................9
题型二 能量守恒定律及其应用.....................................................................................................................11
【核心精讲】............................................................................................................................................................................................11
考点1 摩擦力做功的能量问题.....................................................................................................................................................11
考点2 能量守恒定律的深层次理解............................................................................................................................................11
考点3 应用能量守恒定律解题时的注意事项.........................................................................................................................11
【真题研析】............................................................................................................................................................................................11
【命题预测】............................................................................................................................................................................................13
考向1 涉及摩擦力的能量转化问题............................................................................................................................................13
考向2 能量的转化与守恒综合类问题.......................................................................................................................................14
难点突破 涉及弹簧的能量综合问题..............................................................................................................15
【核心精讲】............................................................................................................................................................................................15
考点1 涉及弹簧的能量问题..........................................................................................................................................................15
【真题研析】............................................................................................................................................................................................15
【命题预测】............................................................................................................................................................................................16
考向1 涉及弹簧的能量转化问题................................................................................................................................................16
1
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命题统计
命题要点
2024
2023 年
2022 年
热
考
角
度
机械能守恒
定律的应用
2024•浙江•机械能守恒的判断、
2024•重庆•机械能守恒的判断、
2024•宁夏四川•机械能守恒的简单
应用、2024•宁夏四川•机械能相关
的图象类问题
2023•全国•机械能守恒的判断、
2023•北京•多物体的机械能转化及
守恒、2023•浙江•多物体的机械能
转化及守恒、2023•辽宁•机械能的
变化计算、2023•浙江•机械能相关
的图象类问题、2023•全国•机械能
相关的图象类问题、2023•重庆•机
械能相关的图象类问题
2022•福建•机械能相关的图象
类问题、2022•浙江•机械能守
恒的判断、2022•河北•多物体
的机械能转化及守恒、2022•江
苏•机械能相关的图象类问题、
2022•全国•机械能相关的图象
类问题、2022•湖南•机械能相
关的图象类问题、2022•重庆•
机械能相关的图象类问题
能量守恒定
律及其应用
2024•浙江•能量的转化与守恒综合
类问题、2024•安徽•能量的转化与
守恒综合类问题、2024•江西•能量
的转化与守恒综合类问题、2024•
广西•涉及摩擦力的能量转化问题
2023•山东•能量的转化与守恒综合
类问题、2023•全国•涉及摩擦力的
能量转化问题
2022•浙江•能量的转化与守恒
综合类问题、2022•浙江•能量
的转化与守恒综合类问题
能量守恒定
律及其应用
2024•山东•涉及弹簧的能量转化、
2024•北京•涉及弹簧的能量转化、
2024•江苏•涉及弹簧的能量转化、
2024•福建•涉及弹簧的能量转化、
2024•辽宁•涉及弹簧的能量转化
2023•浙江•涉及弹簧的能量转化(2
题)、2023•湖北•涉及弹簧的能量
转化、2023•全国•涉及弹簧的能量
转化
2022•江苏•涉及弹簧的能量转
化、2022•湖北•涉及弹簧的能
量转化
命题规律
①机械能的变化及守恒的判断；②机械能守恒定律的考查；③机械能相关的图像类问题的考查；④能量
及能量守恒定律的考察
考向预测
本专题属于重点、热点、难点内容；高考命题以选择题或计算题的形式出现；
结合匀变速直线运动、平抛运动、圆周运动等物体的典型运动进行考查机械能的是否守恒、如何变化；
在简单问题中利用机械能守恒去求解一些物理量；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；机械能相关的图像类问题的考查；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。
命题情境
蹦极运动、过山车等能量问题，生活、生产中能量守恒定律的应用；单物体机械能守恒，用绳、杆连接
的系统机械能守恒问题，含弹簧系统机械能守恒问题，传送带、板块模型的能量问题
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。
2
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3
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题型一 机械能守恒定律的应用
考点1 机械能
守恒的判断方法及特殊情况
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.
考点2 系统机械能守恒的三种表示方式
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
注意：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.
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、
注意：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.
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
注意：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.
考点3 多物体系统及连接体的机械能守恒问题
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．
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.
4
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2. 注意寻找用绳或杆相连接的物体间的速度关系和位移关系．
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．
4. 典型模型
共速率模型
分清两物体位移大小与高度变化关系
共角速度模型
两物体角速度相同，由v＝ωr 知，v 与r 成正比；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．
关联速度模型
此类问题注意速度的分解，找出两物体速度关系（沿绳(或沿杆)方向的分速度大
小相等），当某物体位移最大时，速度可能为0
轻弹簧模型
①同一根弹簧弹性势能的大小取决于弹簧形变量的大小，在弹簧弹性限度内，
形变量相等，弹性势能相等
②由两个或两个以上的物体与弹簧组成的系统：弹簧形变量最大时，弹簧两端
连接的物体具有相同的速度；弹簧处于自然长度时，弹簧弹性势能最小(为零)
5
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考点5 应用机械能守恒定律解题的
思路及步骤
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选择合适的表达式列出方程；
5. 解方程求出结果，并对结果进行必要的讨论和说明．
考点4 机械能
相关
的图象类问题
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．
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（
F合= Ekt−Ek 0
Δx
）
5）E p−x 图像：图线的斜率的绝对值表示重力（
G=−ΔE p
Δh
）
6）P−t 图像：图线与横轴围成的面积表示功（W =Pt ）
1．（2024·浙江·高考真题）如图所示，质量为m 的足球从水平地面上位置1 被踢出后落在位置3，在空中
以上连接体不计阻力和摩擦力，系统(包含弹簧)机械能守恒，单个物体机械能不守恒。
若存在摩擦生热，机械能不守恒，可用能量守恒定律进行分析。
6
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达到最高点2 的高度为h，则足球（ ）
A．从1 到2 动能减少
B．从1 到2 重力势能增加
C．从2 到3 动能增加
D．从2 到3 机械能不变
2．（2024·宁夏四川·高考真题）如图，一光滑大圆环固定在竖直平面内，质量为m 的小环套在大圆环上，
小环从静止开始由大圆环顶端经Q 点自由下滑至其底部，Q 为竖直线与大圆环的切点。则小环下滑过程中
对大圆环的作用力大小（ ）
A．在Q 点最大
B．在Q 点最小
C．先减小后增大
D．先增大后减小
3．（2022·河北·高考真题）（多选）如图，轻质定滑轮固定在天花板上，物体
和
用不可伸长的轻绳相
连，悬挂在定滑轮上，质量
，
时刻将两物体由静止释放，物体
的加速度大小为
。
时刻
轻绳突然断开，物体
能够达到的最高点恰与物体
释放位置处于同一高度，取
时刻物体
所在水平
面为零势能面，此时物体
的机械能为
。重力加速度大小为
，不计摩擦和空气阻力，两物体均可视为
质点。下列说法正确的是（ ）
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A．物体
和
的质量之比为
B．
时刻物体
的机械能为
C．
时刻物体
重力的功率为
D．
时刻物体
的速度大小
4．（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．
考向
1 机械能及其守恒的判断和简单应用
1．（2024·陕西安康·一模）如图所示，一游客体验蹦极，身系弹性蹦极绳从水面上方的高台由静止下落，
到最低点时离水面很近。不计空气阻力，下列说法正确的是（ ）
A．下落过程中游客机械能守恒
B．蹦极绳刚拉直时游客的速度最大
C．下落过程中弹性势能的增大量大于重力势能的减小量
D．下落过程中游客的机械能和蹦极绳的弹性势能之和不变
2．（2024·江苏南通·模拟预测）地球的三颗不同人造卫星分别沿椭圆轨道l、轨道2、轨道3 运动，如图所
示，已知三条轨道的半长轴均相等，其周期分别为
，机械能分别为
，则下列说法正确
的是（ ）
8
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A．
B．
C．
D．
考向
2 多物体的机械能转化及守恒
3．（2024·安徽合肥·模拟预测）如图所示，长度相同的三根轻杆构成一个正三角形支架，在A 处固定质量
为2m 的小球， B 处固定质量为m 的小球。支架悬挂在O 点，可绕过O 点并与支架所在平面相垂直的固定
轴转动。开始时OB 与地面相垂直。放手后开始运动，在不计任何阻力的情况下，下列说法不正确的是（
）
A．A 球到达最低点时速度为零
B．A 球机械能减少量等于B 球机械能增加量
C．B 球向左摆动所能达到的最高位置应高于A 球开始运动时的高度
D．当支架从左向右回摆时，A 球一定能回到起始高度
4．（2025·宁夏陕西·模拟预测）（多选）如图，倾角为30°且足够长的光滑斜劈固定在水平面上，P、Q 两
个物体通过轻绳跨过光滑定滑轮连接，Q 的另一端与固定在水平面的轻弹簧连接，P 和Q 的质量分别为4m
和m。初始时，控制P 使轻绳伸直且无拉力，滑轮左侧轻绳与斜劈上表面平行，右侧轻绳竖直，弹簧始终
在弹性限度范围内，弹簧劲度系数为k，重力加速度大小为g。现无初速释放P，则在物体P 沿斜劈下滑过
程中（ ）
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A．轻绳拉力大小一直增大
B．物体P 的加速度大小一直增大
C．物体P 沿斜劈下滑的最大距离为
D．物体P 的最大动能为
考向
3
机械能
相关
的图象类问题
5．（2024·山东菏泽·模拟预测）一台起重机将工件从地面由静止向上提起，在向上匀加速运动过程中，重
物上升的高度为h 时，动能为
，重力势能为
，机械能为E，克服重力做功的功率为P，设地面为重力
势能为零，下列图像不能描述上述过程的是（ ）
A．
B．
C．
D．
6．（2024·重庆·模拟预测）（多选）对一静止在水平地面上的物体（可视为质点）施加一竖直向上的恒力
，物体上升至一定高度时撤去力
。物体向上运动过程中，其机械能
随距地面高度变化的关系如图
所示。已知物体所受阻力大小恒定，物体上升的最大高度为
，重力加速度为
，则下列说法正确的是
（ ）
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A．物体质量为
B．物体质量为
C．物体所受阻力大小为
D．物体所受阻力大小为
7．（2024·河北沧州·三模）（多选）如图甲所示，斜面体固定在水平地面上，在斜面底端固定一挡板与斜
面垂直，质量为m 的小物块从斜面的顶端滑下，在下滑的过程中，其机械能与重力势能随位移的变化图像
如图乙所示，已知斜面长为l，物块与挡板碰撞为弹性碰撞，已知物体与斜面间的最大静摩擦力等于滑动
摩擦力，则下列说法正确的是（ ）
A．在整个运动过程中，物块克服摩擦产生的热量为
。
B．物块下滑的时间为
C．滑块运动的总路程为
D．斜面的动摩擦因数为
题型二 能量守恒定律及其应用
考点1 摩擦力做功的能量问题
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。
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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。
考点2 能量守恒定律
的深层次理解
1．内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体
转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变．
2．理解
1）某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等；
2）某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等．
考点3 应用能量守恒定律解题时的注意事项
1. 明确研究对象是单个物体还是系统
( 系统是否包括弹簧在内
) ，了解对应的受力情况和运动情况。
2. 弄清楚能量转化和
损失的去向
。首先应确定初、末状态，然后分清有多少种形式的能在转化，再分析哪
种形式的能在增加，哪种形式的能在减少。
3. 当涉及摩擦力做功时，机械能不守恒，一般应用能量守恒定律，特别注意摩擦产生的内能Q＝Ffx 相对，x
相对为相对滑动的两物体间相对滑动路径的总长度。
1．（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
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C．物块的动能一定大于
D．物块的动能一定小于
2．（2024·安徽·高考真题）在某地区的干旱季节，人们常用水泵从深水井中抽水灌溉农田，简化模型如图
所示。水井中的水面距离水平地面的高度为H。出水口距水平地面的高度为h，与落地点的水平距离约为
l。假设抽水过程中H 保持不变，水泵输出能量的倍转化为水被抽到出水口处增加的机械能。已知水的密
度为
，水管内径的横截面积为S，重力加速度大小为g，不计空气阻力。则水泵的输出功率约为（ ）
A．
B．
C．
D．
3．（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
时，输出电功率为
，风速在
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
，空气密度为
，风场风
速为，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
C．若每天平均有
的风能资源，则每天发电量为
D．若风场每年有
风速在
范围内，则该发电机年发电量至少为
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考向
1 涉及摩擦力的能量转化问题
1．（2024·重庆·模拟预测）如图所示，光滑水平面上有一倾角θ＝37°的斜面体B，物块A 从斜面体底部以
初速度v0＝5m/s 开始上滑。已知mA＝1kg，mB＝2kg，物块A 可视为质点，斜面体B 上表面光滑，运动过
程中物块A 始终不脱离斜面体，g 取10m/s2，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8。
(1)若斜面体B 固定，求物块A 上升的最大高度；
(2)若斜面体B 可自由滑动，求物块A 上升的最大高度；
(3)若斜面体B 可自由滑动，且其表面有一层绒布，物块A 相对斜面上滑时动摩擦因数μ1＝0.5，下滑时μ2
，求物块A 从出发到重新回到最低点的过程中的位移大小及系统因摩擦产生的热量。
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考向
2 能量的转化与守恒综合类问题
2．（2024·四川达州·一模）溜溜球是一种玩具，两个圆饼状的塑钢块中心用一根轴固定相连，成为一个整
体。绳的一端固定在轴上，将绳缠绕在轴上，绳的另一端用手拉住或固定在天花板上。从静止释放后，溜
溜球会一边转动一边下落。如图所示，现有两个完全一样的溜溜球，绳长均为l。将左边一个溜溜球的绳
缠绕在轴上，右边一个溜溜球的绳不绕在轴上。将两个溜溜球同时从同一高度由静止释放，它们各自下落
到0.5l 处时，左边溜溜球的下落速度
，右边溜溜球的下落速度
。下列关于
、
大小关系正确的是（
）
A．
B．
C．
D．无法确定
3．（2024·浙江·一模）新安江水电站是我国第一座"自己设计、自制设备、自行施工"的大型水力发电站，
上下游高度差约73 米，共有9 台相同的发电机组，总装机容量约为85 万千瓦，只有在用电高峰时才会开
启9 台机组，平均年发电量为18.6 亿千瓦时，这些发电机组的额定电压为14kV。已知，杭州现行阶梯电
价的第一档为年用电小于等于
。下列正确的是（ ）
A．每台发电机输出的最大瞬时电流约为1kA
B．一度电的能量约为10 立方米的水从水库上游流下时减少的重力势能。
C．一年平均开启的发电机组约6 台。
D．按照每户家庭阶梯电价1 挡最高用电量计算，新安江水电站可以满足约67 万户家庭的生活用电
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难点突破 涉及弹簧的能量综合问题
考点1 涉及弹簧的能量问题
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.
1．（2024·山东·高考真题）如图所示，质量均为m 的甲、乙两同学，分别坐在水平放置的轻木板上，木板
通过一根原长为l 的轻质弹性绳连接，连接点等高且间距为d（d<l）。两木板与地面间动摩擦因数均为μ，
弹性绳劲度系数为k，被拉伸时弹性势能E=
kx2（x 为绳的伸长量）。现用水平力F 缓慢拉动乙所坐木板，
直至甲所坐木板刚要离开原位置，此过程中两人与所坐木板保持相对静止，k 保持不变，最大静摩擦力等
于滑动摩擦力，重力加速度大小为g，则F 所做的功等于（ ）
A．
B．
16
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C．
D．
2．（2024·江苏·高考真题）如图所示，在水平面上有一个U 形滑板A，A 的上表面有一个静止的物体B，
左侧用轻弹簧连接在滑板A 的左端，右侧用一根细绳连接在滑板A 的右端，开始时弹簧处于拉伸状态，各
表面均光滑，剪断细绳后，则（ ）
A．弹簧恢复原长时时A 动量最大
B．弹簧压缩最短时A 动量最大
C．整个系统动量变大
D．整个系统机械能变大
考向
1 涉及弹簧的能量转化问题
1．（2024·云南文山·一模）（多选）如图所示，劲度系数为k、原长为l 的轻质弹簧竖直固定在水平地面
上。质量为m 的小球由弹簧正上方h 处自由下落，到最低点时弹簧的压缩量为x。不计空气阻力，重力加
速度为g。则（ ）
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A．小球下落的高度为h 时速度最大
B．弹簧的最大弹性势能为
C．小球速度最大时距地面的高度为
D．小球速度最大时弹簧的弹性势能为
2．（2025·四川·模拟预测）（多选）如图，原长为l0的轻弹簧竖直放置，一端固定于地面，另端连接厚度
不计、质量为m1的水平木板X。将质量为m2的物块Y 放在X 上，竖直下压Y，使X 离地高度为l，此时弹
簧的弹性势能为Ep，由静止释放，所有物体沿竖直方向运动。则（ ）
A．若X、Y 恰能分离，则
B．若X、Y 恰能分离，则
C．若X、Y 能分离，则Y 的最大离地高度为
D．若X、Y 能分离，则Y 的最大离地高度为
3．（2024·福建·二模）（多选）如图甲所示，一轻质弹簧下端固定在倾角为θ 的固定光滑斜面底部，初始
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时弹簧处于原长。将质量为m=1kg 的小球自弹簧上端无初速释放，小球下滑过程的加速度a 与弹簧形变量
x 之间的关系如图乙所示，重力加速度大小g=10m/s2，下列说法正确的是（ ）
A．斜面倾角θ=30°
B．弹簧的劲度系数为30N/m
C．小球下滑过程中的最大动能为0.6J
D．弹簧最大弹性势能为1.2J
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