能量守恒定律

1、For personal use only in study and research; not for commercial use膈能量守恒定律蚄知识点讲解肁 1、不同能量之间是可以相互转化的：袁（ 1） 能源的分类。芆能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源.肄化石能源：煤、石油、天然气是埋在地下的动植物经过数亿年的地质演变而形成的，这些能源统称为化石能源 .螂一次能源： 直接取之于自然界， 未经人类加工转换的能源称之为一次能源 . 如：煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能、生物能、海洋能、地热能等 .蚈二次能源： 从一次能源直接或间接转化而来的能源称之为二次能源 . 如：电能、氢能

2、、焦炭等 .薈 能源的利用与能量转化蒃常规能源：煤、石油、天然气、水电等；蒂新能源：太阳能、核能、地热能、海洋能等的利用如图所示.虿螇膇 2、功能原理节 机械能守恒定律成立的条件是只有重力或弹力做功螁外力 (除了重力和弹力之外的力)对系统做负功，系统的机械能减少袅 当外力 (除了重力或弹力以外的力 )对物体做正功，物体的机械能增加，物体机械能的增加量等于外力对物体做的功蚆 功能原理：物体所处的系统除了物体本身重力和弹力之外的力对物体做功时， 系统的机械能不守恒， 此时外力对系统做的功等于系统机械能的变化 羃 W=E= E2 一 E1=（EP2+Ek2）一（ Ek1 +EP1）薈这里的外力是指除

3、了物体本身重力和弹力之外的力， 弹力仅指弹簧类的力膈滑动摩擦力和空气阻力做功W=fd 路程E 内能 ( 发热 )肅功是能量转化的量度。有两层含义：螃做功的过程就是能量转化的过程；蕿做功的多少决定了能转化的数量,即: 功是能量转化的量度。莆强调：功是一种过程量，它和一段位移（一段时间）相对应；而能是一种状态量，它与一个时刻相对应。两者的单位是相同的 ( 都是 J) ，但不能说功就是能，也不能说“功变成了能” 。蒅3、能量守恒定律蒄导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实：是确立了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的能量的相互联系与转化蚁能量守恒定律不是一个人发现的。19 世纪 40 年代前后

4、，不同国家、不同领域的十几位科学家，以不同的方式，各自独立提出了能量守恒定律的内容 对能量守恒定律贡献比较大的科学家有： 德国物理学家和医生迈尔， 英国物理学家焦耳， 德国物理和生理学家亥姆霍兹等人蚈能量守恒定律内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式， 或者从一个物体转移到另外一个物体 而在转化和转移的过程中能量的总和保持不变袄对一个相对独立的系统而言： E 总=总，或者E= 总一 E 总=0芄 能量守恒定律建立的意义蒈能量守恒定律是指能量的总量不变， 但更重要的是指转化和转移过程中的守恒 在不同形式的能量间发生转化， 在不同的物体间发生转移不需要任何外界动力而持续对

5、外做功的机器是违背能量守恒定律的，是永远不可能制成的 机械能转化成了其他形式的能量而不能消失，能量是不会消失的螇能量守恒定律的建立过程， 是人类认识自然的一次重大的飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一， 而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式 和谐美是科学的魅力所在莃 恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是 19 世纪自然科学的三大发现之一 (另两个发现是细胞学说，达尔文的生物进化论 )蚀、能源和能量耗散薀人类应用能源的历程羅从人类应用能源的历程看， 能源对人类社会发展所起的作用巨大；但是，人类在利用能源的同时也对环

6、境造成了严重污染。螃 4、能量耗散蒁能量转化具有方向性， 然料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能， 我们无法把这些内能收集起来重新利用这种现象叫做能量的耗散薁 能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少但是可利用的品质上降低了， 从便于利用变为不便于利用了 这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性芇 5、节约能源和开发可再生能源蒆 正是因为能量转化的方向性， 能量的利用受这种方

7、向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的膁解决世界能源问题的根本途径， 主要有两个方面： 其一是广泛开源，其二是认真节流莈所谓开源，就是积极开发和利用各种能源 在继续加紧石油勘探和寻找新的石油产地的同时， 积极开发丰富的煤炭资源， 还要大力开发水能，生物能等常规能源，加强核能、太阳能，风能、沼气，海洋能，地热能以及其他各种新能源的研究和利用， 从而不断扩大人类的能源资源的种类和来源莆所谓节流，就是要大力提倡节约能源节能是世界上许多国家关心和研究的重要课题，甚至有人把节能称为世界的“第五大能源” ，与煤、石油和天然气、水能、核能等并列在节能方面，在有计划地控制人口增长的同时， 重点要发

8、挥先进科学技术的优势， 提高各国的能源利用效率 如果世界各国家和各地区都能改进各种用能设备， 不断提高能源的质量标准和降低单位产品的能耗， 加强科学管理， 适当控制生活能源的合理使用， 就能使能源更加有效地用于生产和生活之中，从而解决人类面临的能源问题袅功和能大全羁 1、求功的三种基本方法 ：蒀 定义： W = Fs cos (适用于恒力功的计算 ) 单位： J 1ev=1.910-19J1 度=kwh=3.6106J1u=931.5Mev螈W= P t ( p=w=FS=Fv)功率:P =Wttt对物体做功的平均功率) P = Fv(在 t 时间内力芅(F 为牵引力 ,不是合外力；V 为即时

9、速度时 ,P 为即时功率 .V 为平均速度时 ,P 为平均功率 .P 一定时 ,F 与 V 成正比）蚂 动能定理 ：外力对物体所做的总功等于物体动能的变化(增量 )蒁 公式： W 合= W 合W 1 + W 2 +W n =Ek = Ek2 一 Ek1 =1 mV221 mV1222袇W 合为外力所做功的代数和(W 可以不同的性质力做功 )螄外力既可以有几个外力同时作用，也可以是各外力先后作用或在不同过程中作用：蒂既为物体所受合外力的功。芈 2 、功能转化的主要形式 ： ( “功是能量转化的量度” 惯穿整个高中物理的主线，对这一基本概念含义理解最易忽视，)艿 重力的功 - 量度 - 重力势能的

10、变化膄 物体重力势能的增量由重力做的功来量度： WG= - EP，这就是势能定理。膃 与势能相关的力做功特点 : 如重力 , 弹力 , 分子力 , 电场力它们做功与路径无关 ,只与始末位置有关 .莀 除重力和弹簧弹力做功外 ,其它力做功改变机械能； 这就是机械能定理。莇只有重力做功时系统的机械能守恒。薃 电场力的功 - 量度 - 电势能的变化袃 分子力的功 - 量度 - 分子势能的变化蒁 合外力的功 - 量度 - 动能的变化；这就是动能定理。蒆 摩擦力和空气阻力做功W =fd 路程E 内能 ( 发热 )芆 一对互为作用力反作用力的滑动摩擦力做的总功 ，用来量度该过程系统由于摩擦而减小的机械能，

11、也就是系统增加的内能。 f d=Q （d 为这两个物体间相对移动的路程） 。蚃 一对互为作用力反作用力的静摩擦力做的总功为零。 静摩擦力做功只起机械能传递的作用，不损耗能量。腿 3 、力学以外学科的功能表达式袈 热学：E=Q+W（热力学第一定律）螆电学： W AB qU AB F 电 d E=qEd E动能 ( 导致电势能改变 )莄 W QU UIt I 2 Rt U2 t/RQI 2 Rt芀E=I(R+r)=u外+u内=u外+Ir P电源t =uIt+E其它P电源=IE=I U +I2Rt羆磁学：安培力功W F安dBILd内 能(发 热)B BLVLd22B L V dRR膅 光学： 单个光

12、子能量Eh一束光能量E 总 Nh (N为光子数目)光电效应 Ekm12跃迁规律： h =E末-E 初袀2mvm h W 0辐射或吸收光子莁原子： 质能方程： Emc2E mc2注意单位的转换换算荿 4、机械能守恒定律：薄机械能 =动能 +重力势能 +弹性势能 (条件 :系统只有内部的重力或弹力做功 ).蚀守恒条件： (功角度 )只有重力和弹簧的弹力做功； (能转化角度 ) 只发生动能与势能之间的相互转化。腿 “只有重力做功”“只受重力作用” 。蒇在某过程中物体可以受其它力的作用，只要这些力不做功，或所做功的代数和为零，就可以认为是“只有重力做功” 。羄列式形式： E1=E2(先要确定零势面 )

13、P 减(或增 )=E 增(或减 )EA减(或增 )=EB 增 (或减 )莁 mgh1+ 1 mV12mgh21 mV22或者Ep 减 =Ek 增22膀 5、功能原理薅物体所处的系统除了物体本身重力和弹力之外的力对物体做功时，系统的机械能不守恒， 此时外力对系统做的功等于系统机械能的变化蒃 W=E= E2 一 E1=（EP2+Ek2）一（ Ek1 +EP1）肁6、能量守恒定律芁能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另外一个物体而在转化和转移的过程中能量的总和保持不变羈对一个相对独立的系统而言： E 总 =总，或者E= 总一 E 总=0袃 7 功能关系表：

14、袂 功能关系一览表聿做功的过程是物体能量的转化过程，做了多少功，就有多少能量发生了变化，功是能量转化的量度肆(1)动能定理薆合外力对物体做的总功=物体动能的增量即W1 mv21 mv2Ek 2Ek1Ek合2221薂(2)肀重力葿重力对物体所做的功=物体重力势能增量的负值即与 势WG=EP1EP2= EP能 相关 力羅重力做正功，重力势能减少；重力做负功，重力势做 功能增加导致 与袈弹簧薇弹力对物体所做的功=物体弹性势能增量的负值即之相弹力W 弹力 =EP1P2= EPE关 的势 能莅弹力做正功 ,弹性势能减少；弹力做负功，弹性势能变化增加罿 分子蚅分子力对分子所做的功=分子势能增量的负值力袃

15、电场羀电场力对电荷所做的功=电荷电势能增量的负值力肈 电场力做正功 ,电势能减少 ;电场力做负功 ,电势能增加。注意：电荷的正负及移动方向芃(3)机械能变化原因薃 除重力 (弹簧弹力 )以外的的其它力对物体所做的功物体机械能的增量即WF=E2E1=E=螈 当除重力 (或弹簧弹力 )以外的力对物体所做的功为零时，即机械能守恒膆(4)机械能守蚃在只有重力和弹簧的弹力做功的物体系内，动能和恒定律势能可以互相转化，但机械能的总量保持不变即EK2+EP2= EK1+EP1，1mv12 mgh11mv22 mgh2 或EK=22EP芄(5)静摩擦力衿 (1)静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功的

16、特点做功；蕿 (2)在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的互相转移，而没有机械能与其他形式的能的转化，静摩擦力只起着传递机械能的作用；莆 (3)相互摩擦的系统内，一对静摩擦力对系统所做功的和总是等于零(1)滑动摩擦力可以做正功， 也可以做负功， 还可以不螀(6)滑动摩擦做功；力做功 特点=滑动摩擦力跟物体间相对路程的乘积，即一对滑动“ 摩擦 所产摩擦力所做的功生的热”(2)相互摩擦的系统内， 一对滑动摩擦力对系统所做功的和总表现为负功，羀其大小为 :W= fS 相对=Q对系统做功的过程中 ,系统的机械能转化为其他形式的能，(S 相对 为相互摩擦的物体间的相对位移;若相对运动有往复性 ,则 S 相

17、对 为相对运动的路程 )(7) 一对作用 (1)作用力做正功时， 反作用力可以做正功， 也可以做力与反 作用 负功，还可以不做功；力做功 的特作用力做负功、不做功时，反作用力亦同样如此点(2) 一对作用力与反作用力对系统所做功的总和可以是正功 ,也可以是负功 ,还可以零(8)热学外界对气体所做的功 W与气体从外界所吸收的热量外界对气体Q 的和 =气体内能的变化W+Q= U (热力学第一定做功律,能的转化守恒定律 )(9) 电场力做W=qu=qEd=F 电 SE (与路径无关 )功(10)电流做(1)在纯电阻电路中 w uIt2I 2 RtuR t (电流所做的功率 =功电阻发热功率）(2) 在

18、电解槽电路中 ,电流所做的功率 =电阻发热功率+转化为化学能的的功率(3) 在电动机电路中 ,电流所做的功率 =电阻发热功率与输出的机械功率之和P 电源 t =uIt= +E 其它 ；W=IUt I 2 Rt(11)安培力做安培力所做的功对应着电能与其它形式的能的相互功转化，即 W 安=E 电 ，安培力做正功，对应着电能转化为其他形式的能（如电动机模型）；克服安培力做功，对应着其它形式的能转化为电能（如发电机模型）；且安培力作功的绝对值，等于电能转化的量值，WF 安 d BILd内能( 发热 )(12) 洛 仑 兹 洛仑兹力只改变速度的方向，不改变速度的大小。力永不做功光学光子的能量: E光子 =h；一束光能量 E 光=Nh(N指(13)光子数目 )在光电效应中，光子的能量h=W+ 12 mv2(14) 原 子 物 原子辐射光子的能量 h=E 初 E 末，原子吸收光子的理能量 h= E 末E 初爱因斯坦质能方程： Emc 2(15) 能 量 转 对于所有参与相互作用的物体所组成的系统， 其中每化和守 恒定 一个物体的能量数值及形式都可能发生变化， 但系统律 内所有物体的各种形式能量的总和保持不变功能关系的另一个表常见的几种力做功能量关系变化情数量关系式力的种类做功的正负对应的能量况重力 mg+重力势能 E减小Pmgh=EP增加弹簧的弹力 kx+弹性势能 E弹性减小增加