高中物理能量守恒定律三種表達(dá)式(能量守恒定律的計(jì)算公式)

2020年高考即將開(kāi)戰(zhàn)，你準(zhǔn)備好了嗎？對(duì)于高中物理成績(jī)不好的同學(xué)來(lái)說(shuō)，熟悉復(fù)習(xí)資料的積累要隨時(shí)整理。小編為各位考生整理了一些高考物理必備的知識(shí)點(diǎn)，供大家參考閱讀！

能的轉(zhuǎn)化與守恒定律是一個(gè)博大精深的定律，它不僅僅適用于力學(xué)，也適用于電磁學(xué)、原子物理學(xué)、光學(xué)、機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域。本文主要從能量守恒定律的內(nèi)容，與其他定理定律關(guān)系來(lái)進(jìn)行分析。

能量守恒定律內(nèi)容

能量守恒定律也稱能的轉(zhuǎn)化與守恒定律。

其內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體；在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量不變。

高中物理都研究了哪些形式的能量？

研究能量守恒定律，要搞明白咱們主要研究哪些能量呢？

從解高中物理題的角度來(lái)分析，我們主要分析的是這五種形式的能量：

動(dòng)能、彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能、內(nèi)能、電勢(shì)能。

注：內(nèi)能包括摩擦生熱與焦耳熱兩種形式，高中不考磁能。動(dòng)能、彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能這三種形式能量之和稱之為機(jī)械能。

當(dāng)然，上述五種形式的能量，是力學(xué)與電磁學(xué)常考到的。

選修內(nèi)容中的機(jī)械振動(dòng)也是具有能量的，還有光子能量，核能等等，這些都不在本文討論范圍內(nèi)，不過(guò)同學(xué)們需要知道，光電效應(yīng)方程與波爾能級(jí)方程也都是能量守恒定律的推導(dǎo)。

能量守恒定律的公式

E1=E2

即，初始態(tài)的總能量，等于末態(tài)的總能量。

或者說(shuō)，能量守恒定律，就是說(shuō)上文提到的五種形式的能量之和是恒定的。

機(jī)械能守恒定律與能量守恒定律關(guān)系

機(jī)械能守恒定律是能的轉(zhuǎn)化與守恒定律的特殊形式。兩者大多都是針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的。

（1）在只有重力、彈力做功時(shí)，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的只有動(dòng)能、彈簧彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能三種形式能量之間的變化。

（2）在有重力、彈簧彈力、靜電場(chǎng)力、摩擦力、安培力等等，眾多形式的力做功時(shí)，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的有動(dòng)能、彈簧彈性勢(shì)能、重力勢(shì)能、電勢(shì)能、摩擦熱、焦耳熱等等眾多形式的能量變化，而這些能量也是守恒的。

從上述對(duì)比中不難看出，機(jī)械能守恒是能量守恒的一種特例。

因此，在熟練掌握能的轉(zhuǎn)化與守恒定律內(nèi)容的基礎(chǔ)上，我們可以使用能量守恒來(lái)解決機(jī)械能守恒的問(wèn)題。

或者說(shuō)，能量守恒掌握的非常棒了，我們就可以把機(jī)械能守恒忘掉了。

能量守恒定律的前提條件

問(wèn)：什么情況下能用能量守恒定律解題？

答:我們是建立在解物理題技巧的基礎(chǔ)上的。

系統(tǒng)的能量，未必什么時(shí)候都守恒。當(dāng)我們研究的系統(tǒng)，外界的力并沒(méi)有對(duì)其做功（或外界力做功代數(shù)和為零），且沒(méi)有其他能量導(dǎo)入這個(gè)系統(tǒng)時(shí)（即沒(méi)有熱交換），系統(tǒng)的總能量（各種形式能量和）是守恒的，這種情況下，我們才可以使用能量守恒定律解題。這時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的能量，只是內(nèi)部各組成部分能量的轉(zhuǎn)移，或不同能量形式間的轉(zhuǎn)化。

舉個(gè)例子，牛頓第二定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，小車及其裝載的砝碼，能量就不守恒。因?yàn)橥饨绲睦Γㄍ斜P和砝碼提供）在對(duì)這個(gè)系統(tǒng)做功，讓其能量增加。

補(bǔ)充一句，在上述案例中，如果你認(rèn)為拉力做的功，屬于能量的注入，等于系統(tǒng)能量的增加量，也是可以的，這當(dāng)然也算是能量守恒定律的推廣式了。

能量守恒定律、動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒定律的解題使用

下面我把與能量守恒定律相關(guān)的公式（動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒）在解物理題題中的技巧，或者說(shuō)，遇到問(wèn)題的第一切入點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的整理。如下：

（1）單獨(dú)一個(gè)物體，或多個(gè)物體組成的整體（彼此沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)）二話不說(shuō)就先嘗試動(dòng)能定理。（注意動(dòng)能定理的第二表達(dá)式，各個(gè)力做功代數(shù)和等于動(dòng)能改變量，考這個(gè)公式的題更多。）

（2）題中有多個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，且滿足只有重力、彈力做功，大部分情況下在考機(jī)械能守恒定律。

（3）摩擦力出現(xiàn)，一般否掉機(jī)械能守恒定律，考的十之八九是動(dòng)能定理。要是設(shè)計(jì)多個(gè)物體，比如某個(gè)物塊沖上木板車，還可能考能量守恒定律。

（4）常見(jiàn)的能量有五種，動(dòng)能 重力勢(shì)能 彈性勢(shì)能 內(nèi)能（摩擦熱與焦耳熱） 電勢(shì)能。對(duì)高一學(xué)生而言，電勢(shì)能還沒(méi)學(xué)；原文作者王尚老師。能量守恒的表達(dá)式，就是這五種形式能量加起來(lái)是不變的。

（5）出現(xiàn)時(shí)間t和加速度a的問(wèn)題，大多題，既不是考動(dòng)能定理，也不是考機(jī)械能守恒，而是在考察牛頓動(dòng)力學(xué)（牛二定律 直線運(yùn)動(dòng)三方程）。

（6）摩擦生熱的公式是Q=μN(yùn)△x，△x指的是相對(duì)位移。這個(gè)是Q的定義式，考試可以直接用。用在哪里？當(dāng)然是能量守恒定律啦。

以上六句話，不是看了就理解的，就記住了，就會(huì)用了。搞懂這些，需要同學(xué)們課下好好品味下。而且，這些要點(diǎn)，還會(huì)延續(xù)、貫穿整個(gè)高考物理重要模塊，特別是高二上學(xué)期要學(xué)到的靜電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)與交流電。

能量守恒定律的一些現(xiàn)象解釋

（1）自然界中不同的能量形式與不同的運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)：物體運(yùn)動(dòng)具有機(jī)械能、分子運(yùn)動(dòng)具有內(nèi)能、電荷的運(yùn)動(dòng)具有電能、原子核內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)具有原子能等等。

（2）不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化：“摩擦生熱是通過(guò)克服摩擦做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；水壺中的水沸騰時(shí)水蒸氣對(duì)壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；電流通過(guò)電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等等”。這些實(shí)例說(shuō)明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且是通過(guò)做功來(lái)完成的這一轉(zhuǎn)化過(guò)程。

（3）某種形式的能減少，一定有其他形式的能增加，且減少量和增加量一定相等．某個(gè)物體的能量減少，一定存在其他物體的能量增加，且減少量和增加量一定相等。

能量守恒定律的重要意義

能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學(xué)到地質(zhì)、生物，大到宇宙天體。小到原子核內(nèi)部，只要有能量轉(zhuǎn)化，就一定服從能量守恒定律。

從日常生活到科學(xué)研究、工程技術(shù)，這一規(guī)律都發(fā)揮著重要的作用。人類對(duì)各種能量，如煤、石油等燃料以及水能、風(fēng)能、核能等的利用，都是通過(guò)能量轉(zhuǎn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

能量守恒定律是人們認(rèn)識(shí)自然和利用自然的有力武器。

力、功、能的關(guān)系

通過(guò)上文的分析，我們能更深入的理解能的轉(zhuǎn)化與守恒定律。力與功、能息息相關(guān)。

各種不同的力，通過(guò)做功的過(guò)程，可以改變系統(tǒng)內(nèi)不同形式的能量的大小。

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