高中物理常考十大公式之能量守恆定律公式

　　2020年高考即將開戰，你準備好了嗎？對於高中物理成績不好的同學來說，熟悉複習資料的積累要隨時整理。高考網小編為各位考生整理了一些高考物理必備的知識點，供大家參考閱讀！

　　能的轉化與守恆定律是一個博大精深的定律，它不僅僅適用於力學，也適用於電磁學、原子物理學、光學、機械振動等領域。本文主要從能量守恆定律的內容，與其他定理定律關係來進行分析。

　　能量守恆定律內容

　　能量守恆定律也稱能的轉化與守恆定律。

　　其內容：能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到另一個物體；在轉化或轉移的過程中，能量的總量不變。

　　高中物理都研究了哪些形式的能量？

　　研究能量守恆定律，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分析，我們主要分析的是這五種形式的能量：

　　動能、彈性勢能、重力勢能、內能、電勢能。

　　註：內能包括摩擦生熱與焦耳熱兩種形式，高中不考磁能。動能、彈性勢能、重力勢能這三種形式能量之和稱之為機械能。

　　當然，上述五種形式的能量，是力學與電磁學常考到的。

　　選修內容中的機械振動也是具有能量的，還有光子能量，核能等等，這些都不在本文討論範圍內，不過同學們需要知道，光電效應方程與波爾能級方程也都是能量守恆定律的推導。

　　能量守恆定律的公式

　　E1=E2

　　即，初始態的總能量，等於末態的總能量。

　　或者說，能量守恆定律，就是說上文提到的五種形式的能量之和是恆定的。

　

　　機械能守恆定律與能量守恆定律關係

　　機械能守恆定律是能的轉化與守恆定律的特殊形式。兩者大多都是針對系統進行分析的。

　　（1）在只有重力、彈力做功時，系統對應的只有動能、彈簧彈性勢能、重力勢能三種形式能量之間的變化。

　　（2）在有重力、彈簧彈力、靜電場力、摩擦力、安培力等等，眾多形式的力做功時，系統對應的有動能、彈簧彈性勢能、重力勢能、電勢能、摩擦熱、焦耳熱等等眾多形式的能量變化，而這些能量也是守恆的。

　　從上述對比中不難看出，機械能守恆是能量守恆的一種特例。

　　因此，在熟練掌握能的轉化與守恆定律內容的基礎上，我們可以使用能量守恆來解決機械能守恆的問題。

　　或者說，能量守恆掌握的非常棒了，我們就可以把機械能守恆忘掉了。

　　能量守恆定律的前提條件

　　問：什麼情況下能用能量守恆定律解題？

　　答:我們是建立在解物理題技巧的基礎上的。

　　系統的能量，未必什麼時候都守恆。當我們研究的系統，外界的力並沒有對其做功（或外界力做功代數和為零），且沒有其他能量導入這個系統時（即沒有熱交換），系統的總能量（各種形式能量和）是守恆的，這種情況下，我們才可以使用能量守恆定律解題。這時，系統內的能量，只是內部各組成部分能量的轉移，或不同能量形式間的轉化。

　　舉個例子，牛頓第二定律驗證實驗中，小車及其裝載的砝碼，能量就不守恆。因為外界的拉力（託盤和砝碼提供）在對這個系統做功，讓其能量增加。

　　補充一句，在上述案例中，如果你認為拉力做的功，屬於能量的注入，等於系統能量的增加量，也是可以的，這當然也算是能量守恆定律的推廣式了。

　　能量守恆定律、動能定理與機械能守恆定律的解題使用

　　下面我把與能量守恆定律相關的公式（動能定理、機械能守恆）在解物理題題中的技巧，或者說，遇到問題的第一切入點進行系統的整理。如下：

　　（1）單獨一個物體，或多個物體組成的整體（彼此沒有相對運動）二話不說就先嘗試動能定理。（注意動能定理的第二表達式，各個力做功代數和等於動能改變量，考這個公式的題更多。）

　　（2）題中有多個物體的運動過程，且滿足只有重力、彈力做功，大部分情況下在考機械能守恆定律。

　　（3）摩擦力出現，一般否掉機械能守恆定律，考的十之八九是動能定理。要是設計多個物體，比如某個物塊衝上木板車，還可能考能量守恆定律。

　　（4）常見的能量有五種，動能+重力勢能+彈性勢能+內能（摩擦熱與焦耳熱）+電勢能。對高一學生而言，電勢能還沒學；原文作者王尚老師。能量守恆的表達式，就是這五種形式能量加起來是不變的。

　　（5）出現時間t和加速度a的問題，大多題，既不是考動能定理，也不是考機械能守恆，而是在考察牛頓動力學（牛二定律+直線運動三方程）。

　　（6）摩擦生熱的公式是Q=μN△x，△x指的是相對位移。這個是Q的定義式，考試可以直接用。用在哪裡？當然是能量守恆定律啦。

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

　　能量守恆定律的一些現象解釋

　　（1）自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應：物體運動具有機械能、分子運動具有內能、電荷的運動具有電能、原子核內部的運動具有原子能等等。

　　（2）不同形式的能量之間可以相互轉化：「摩擦生熱是通過克服摩擦做功將機械能轉化為內能；水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功將壺蓋頂起，表明內能轉化為機械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉化為內能等等」。這些實例說明了不同形式的能量之間可以相互轉化，且是通過做功來完成的這一轉化過程。

　　（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。

　　能量守恆定律的重要意義

　　能量守恆定律，是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。從物理、化學到地質、生物，大到宇宙天體。小到原子核內部，只要有能量轉化，就一定服從能量守恆定律。

　　從日常生活到科學研究、工程技術，這一規律都發揮著重要的作用。人類對各種能量，如煤、石油等燃料以及水能、風能、核能等的利用，都是通過能量轉化來實現的。

　　能量守恆定律是人們認識自然和利用自然的有力武器。

　　力、功、能的關係

　　通過上文的分析，我們能更深入的理解能的轉化與守恆定律。力與功、能息息相關。

　　各種不同的力，通過做功的過程，可以改變系統內不同形式的能量的大小。

　　功與能之間的關係還需要進一步通過這篇文章來理解。

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