高中物理能量守恒定律三種表達式(能量守恒定律的計算公式)

2020年高考即將開戰(zhàn)，你準備好了嗎？對于高中物理成績不好的同學來說，熟悉復習資料的積累要隨時整理。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(zhuǎn)化與守恒定律是一個博大精深的定律，它不僅僅適用于力學，也適用于電磁學、原子物理學、光學、機械振動等領(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)系來進行分析。

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：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體；在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)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(nèi)能、電勢能。

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?？嫉降摹?/p>

選修內(nèi)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范圍內(nèi)，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恒定律的推導。

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，能量守恒定律，就是說上文提到的五種形式的能量之和是恒定的。

機械能守恒定律與能量守恒定律關(guān)系

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

（1）在只有重力、彈力做功時，系統(tǒng)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(tǒng)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，而這些能量也是守恒的。

從上述對比中不難看出，機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解決機械能守恒的問題。

或者說，能量守恒掌握的非常棒了，我們就可以把機械能守恒忘掉了。

能量守恒定律的前提條件

問：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，未必什么時候都守恒。當我們研究的系統(tǒng)，外界的力并沒有對其做功（或外界力做功代數(shù)和為零），且沒有其他能量導入這個系統(tǒng)時（即沒有熱交換），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，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，能量就不守恒。因為外界的拉力（托盤和砝碼提供）在對這個系統(tǒng)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，屬于能量的注入，等于系統(tǒng)能量的增加量，也是可以的，這當然也算是能量守恒定律的推廣式了。

能量守恒定律、動能定理與機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（動能定理、機械能守恒）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(tǒng)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(shù)和等于動能改變量，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恒定律。

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

（4）常見的能量有五種，動能 重力勢能 彈性勢能 內(nèi)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。能量守恒的表達式，就是這五種形式能量加起來是不變的。

（5）出現(xiàn)時間t和加速度a的問題，大多題，既不是考動能定理，也不是考機械能守恒，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。用在哪里？當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(xù)、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動形式相對應：物體運動具有機械能、分子運動具有內(nèi)能、電荷的運動具有電能、原子核內(nèi)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(zhuǎn)化：“摩擦生熱是通過克服摩擦做功將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)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(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；電流通過電熱絲做功可將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能等等”。這些實例說明了不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，且是通過做功來完成的這一轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化來實現(xiàn)的。

能量守恒定律是人們認識自然和利用自然的有力武器。

力、功、能的關(guān)系

通過上文的分析，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，通過做功的過程，可以改變系統(tǒng)內(nèi)不同形式的能量的大小。

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