能量守恒定律

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。

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

$E_1=E_2$

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。

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。

能量守恒定律的前提条件

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。

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；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$Q=μN \Delta x$，$\Delta x$指的是相对位移。

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。

能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。一般表述为：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。

    也可以表述为：一个系统的总能量的改变只能等于传入或者传出该系统的能量的多少。总能量为系统的机械能、内能（热能）及除机械能和内能以外的任何形式能量的总和。如果一个系统处于孤立环境，即不可能有能量或质量传入或传出系统。对于此情形，能量守恒定律表述为：“孤立系统的总能量保持不变。”

     能量守恒定律发现于19世纪40年代，它是在5个国家、由各种不同职业的10余位科学家从不同侧面各自独立发现的。其中迈尔、焦耳、亥姆霍兹是主要贡献者。是自然科学中最基本的定律之一，它科学地阐明了运动不灭的观点。