能量守恒定律|能的转化与守恒定律

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能的转化与守恒定律是一个博大精深的定律，它不仅仅适用于力学，也适用于电磁学、原子物理学、光学、机械振动等领域。本文主要从能量守恒定律的内容，与其他定理定律关系来进行分析。

能量守恒定律内容

能量守恒定律也称能的转化与守恒定律。

其内容：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另一个物体；在转化或转移的过程中，能量的总量不变。

能量守恒定律

高中物理都研究了哪些形式的能量？

研究能量守恒定律，要搞明白咱们主要研究哪些能量呢？

从解高中物理题的角度来分析，我们主要分析的是这五种形式的能量：

动能、弹性势能、重力势能、内能、电势能。

注：内能包括摩擦生热与焦耳热两种形式，高中不考磁能。动能、弹性势能、重力势能这三种形式能量之和称之为机械能。

当然，上述五种形式的能量，是力学与电磁学常考到的。

选修内容中的机械振动也是具有能量的，还有光子能量，核能等等，这些都不在本文讨论范围内，不过同学们需要知道，光电效应方程与波尔能级方程也都是能量守恒定律的推导。

能量守恒定律的公式

E1=E2

即，初始态的总能量，等于末态的总能量。

或者说，能量守恒定律，就是说上文提到的五种形式的能量之和是恒定的。

能量守恒定律

机械能守恒定律与能量守恒定律关系

机械能守恒定律是能的转化与守恒定律的特殊形式。两者大多都是针对系统进行分析的。

（1）在只有重力、弹力做功时，系统对应的只有动能、弹簧弹性势能、重力势能三种形式能量之间的变化。

（2）在有重力、弹簧弹力、静电场力、摩擦力、安培力等等，众多形式的力做功时，系统对应的有动能、弹簧弹性势能、重力势能、电势能、摩擦热、焦耳热等等众多形式的能量变化，而这些能量也是守恒的。

从上述对比中不难看出，机械能守恒是能量守恒的一种特例。

因此，在熟练掌握能的转化与守恒定律内容的基础上，我们可以使用能量守恒来解决机械能守恒的问题。

或者说，能量守恒掌握的非常棒了，我们就可以把机械能守恒忘掉了。

能量守恒定律的前提条件

问：什么情况下能用能量守恒定律解题？

王尚老师：下面的回答，我们是建立在解物理题技巧的基础上的。

系统的能量，未必什么时候都守恒。当我们研究的系统，外界的力并没有对其做功（或外界力做功代数和为零），且没有其他能量导入这个系统时（即没有热交换），系统的总能量（各种形式能量和）是守恒的，这种情况下，我们才可以使用能量守恒定律解题。这时，系统内的能量，只是内部各组成部分能量的转移，或不同能量形式间的转化。

举个例子，牛顿第二定律验证实验中，小车及其装载的砝码，能量就不守恒。因为外界的拉力（托盘和砝码提供）在对这个系统做功，让其能量增加。

补充一句，在上述案例中，如果你认为拉力做的功，属于能量的注入，等于系统能量的增加量，也是可以的，这当然也算是能量守恒定律的推广式了。

能量守恒定律

能量守恒定律的推导

便于同学们更为深入的理解能量守恒，我们布置两道作业题，有兴趣的同学可以课下自己推导下。

（1）系统内存有摩擦力做功的能量守恒定律的推导过程

（2）安培力做功的能量守恒定律推导过程

推导过程链接http://gaozhongwuli.com/zongjie/kaodian/480427.html

能量守恒定律、动能定理与机械能守恒定律的解题使用

下面我把与能量守恒定律相关的公式（动能定理、机械能守恒）在解物理题题中的技巧，或者说，遇到问题的第一切入点进行系统的整理。如下：

（1）单独一个物体，或多个物体组成的整体（彼此没有相对运动）二话不说就先尝试动能定理。（注意动能定理的第二表达式，各个力做功代数和等于动能改变量，考这个公式的题更多。）

（2）题中有多个物体的运动过程，且满足只有重力、弹力做功，大部分情况下在考机械能守恒定律。

（3）摩擦力出现，一般否掉机械能守恒定律，考的十之八九是动能定理。要是设计多个物体，比如某个物块冲上木板车，还可能考能量守恒定律。

（4）常见的能量有五种，动能+重力势能+弹性势能+内能（摩擦热与焦耳热）+电势能。对高一学生而言，电势能还没学；原文作者王尚老师。能量守恒的表达式，就是这五种形式能量加起来是不变的。

（5）出现时间t和加速度a的问题，大多题，既不是考动能定理，也不是考机械能守恒，而是在考察牛顿动力学（牛二定律+直线运动三方程）。

（6）摩擦生热的公式是Q=μN△x，△x指的是相对位移。这个是Q的定义式，考试可以直接用。用在哪里？当然是能量守恒定律啦。

以上六句话，不是看了就理解的，就记住了，就会用了。搞懂这些，需要同学们课下好好品味下。而且，这些要点，还会延续、贯穿整个高考物理重要模块，特别是高二上学期要学到的静电场、磁场、电磁感应与交流电。

能量守恒定律的一些现象解释

（1）自然界中不同的能量形式与不同的运动形式相对应：物体运动具有机械能、分子运动具有内能、电荷的运动具有电能、原子核内部的运动具有原子能等等。

（2）不同形式的能量之间可以相互转化：“摩擦生热是通过克服摩擦做功将机械能转化为内能；水壶中的水沸腾时水蒸气对壶盖做功将壶盖顶起，表明内能转化为机械能；电流通过电热丝做功可将电能转化为内能等等”。这些实例说明了不同形式的能量之间可以相互转化，且是通过做功来完成的这一转化过程。

（3）某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等．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。

能量守恒定律的重要意义

能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒定律。

从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核能等的利用，都是通过能量转化来实现的。

能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。

力、功、能的关系

通过上文的分析，我们能更深入的理解能的转化与守恒定律。力与功、能息息相关。

各种不同的力，通过做功的过程，可以改变系统内不同形式的能量的大小。

功与能之间的关系还需要进一步通过这篇文章来理解。

能量守恒定律学习问题与王尚老师回复

王尚老师答疑

学生问题：王尚老师您好，我看您的视频讲解中提到，动能定理、机械能守恒、能量守恒定律都成立的时候，优先考虑动能定理，这是为什么呢？

王尚老师：这个问题你题的很好，确实很值得进一步探究。在我的物理自诊断配套视频中为了讲题进度，仅仅是说了结论。遇到物理题，特别是比较综合的解答题，很多同学分不清楚什么时候用动能定理，什么时候用机械能守恒？到底如何抉择呢？王尚老师的这篇文章是您需要仔细揣摩的。当然啦，有时候我们的物理考卷上一道题既可用机械能守恒做的，也能用动能定理来做。如果都成立，我个人还是喜欢用动能定理，这是因为动能定理不用规定零势能面，少一个步骤，节省了书写汉字的十几秒钟时间。动能定理、机械能守恒定律与能量守恒，在解题上的选择：

（1）单独一个物体，或多个物体组成的整体（彼此没有相对运动）二话不说就先尝试动能定理。（注意动能定理的第二表达式，各个力做功代数和等于动能改变量，考这个公式的题更多。）

（2）如果物理考题中有多个物体（含弹簧）的运动过程，且满足只有重力、弹力做功，大部分情况下在考机械能守恒定律。

（3）摩擦力出现，一般否掉机械能守恒定律，这道题考的十之八九是动能定理。要是设计多个物体，比如某个物块冲上木板车，还可能配合能量守恒定律来求解。

（4）常见的能量有五种，这篇文章有详细介绍，这里做一个列举：动能+重力势能+弹性势能+内能（包括两类：摩擦热与焦耳热）+电势能。对高一学生而言，电势能还没学；原文作者王尚老师。能量守恒的表达式，就是这五种形式能量加起来是不变的。

（5）如果一道力学综合题中，出现时间t和加速度a的问题，这类题十之八九不是考动能定理，也不是考机械能守恒，而是在考察牛顿动力学（牛二定律+直线运动三方程）。当然了，辅助去列动能定理或机械能守恒定律方程，也是可以的。

（6）摩擦生热的公式是Q=μN△x，△x指的是相对位移。这个是Q的定义式，考试可以直接用。用摩擦生热的方程，能量守恒定律。因为此时机械能不守恒，摩擦生热对应的是内能，动能定理不包括这个因子。

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作者：王尚，责任编辑：齐思源，苏阳。版权归属高中物理网（gaozhongwuli.com），禁止转载。

归档日期：2013-07-02

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高中物理都研究了哪些形式的能量？

能量守恒定律的公式

机械能守恒定律与能量守恒定律关系

能量守恒定律的前提条件

能量守恒定律的推导

能量守恒定律、动能定理与机械能守恒定律的解题使用

能量守恒定律的一些现象解释

能量守恒定律的重要意义

力、功、能的关系

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