高中物理常见能量定律

高中物理常见能量定律

高中物理常见的各种能量及能量守恒定律 编者：陈恩谱 能 量 形 式 功 能 关 系 能 量 守 恒 机 械 能 动能：物体因为运动所具有能量。 ① 2 2 1 mvEk  ；②标量性——只有大小，没有 正负；瞬时性—动能是状态量；相对性—— 一 般选地面为参考系。 动能定理：力对物体所做的总功，等 于物体动能的增量。① kEW 总 ； ②a.要注意各功的正负；b.计算功和动 能要选择同一惯性参考系，如地面。 功能原理：除了重力（弹簧 弹力）之外其他的力所做的 功，等于系统机械能的增 量。① 机外 EWG  ； ②a.“除重力之外其他的力” 包括所有除重力之外的系 统内力和系统外力，如系统 内的摩擦力等； b.轻绳弹力、轻杆弹力、光 滑斜面弹力、静摩擦力只传 递机械能。 机械能守恒定律：除重力之外其他力 做功为零，则系统的机械能守恒。① 弹重动弹重动 EEEEEE  ②守恒条件一： 0外GW ，两种情形： a.只有重力做功，其他力不做功； b.除重力之外其他力做功，但其他力 做功的代数和为零。 ③守恒条件二：系统与外界没有能量 交换，系统内只涉及动能、重力势能、 弹性势能的相互转化。 只有重力做功，动能和重力势能之和保持不变：自由落体运 动，平抛斜抛物体的运动，光滑斜面、曲面上物体的运动， 竖直平面内的圆周运动，单摆运动，带电小球、液滴在重力 场、磁场的复合场中的运动（洛仑兹力不做功）等。 重力势能：由物体与地球相对位置决定的能量。 ①Ep=mgh；②系统性——重力势能属于物体和地 球系统；相对性——数值与所选择的参考平面 （零势面）有关，正负表示大小。 势能定理：保守力所做的功，等于对 应势能的减少量。① pF EW  ； ②a.保守力做功与具体路径无关，而 只与初末相对位置有关；b.弹簧弹力 的功用 F-x 图像求解，或用对位移的 平均力求解； 弹簧问题：水平弹簧问题，竖直、光滑斜面弹簧问题——注 意弹簧的初态分析和整个过程中的重力势能变化，注意弹簧 问题与简谐运动综合的问题。 弹性势能：弹簧由于弹性形变而具有的能量。 ① 2 2 1 kxEp  ；②大小只与形变量绝对值有关。 连接体问题：轻绳连接，轻杆(板)连接，光滑斜面、曲面连 接——轻绳弹力、轻杆弹力、光滑斜面弹力只传递机械能。 内 能 分子动能：分子做热运动所具有的动能。 ① 2 2 1 mvEk  ；②温度是分子热运动平均动能 的标志—— TEk  。 耗散力做功与内能：一对耗散力做功 的代数和的绝对值，等于系统内能的 增量。①耗散力：滑动摩擦力、空气 阻力、粘滞阻力等；② Qfs 相对 ， 其中 s 相对是物体间的相对运动路程； ③耗散力做功与物体间相对运动的具 体路径有关。 热力学第一定律：对物体所 做的功与物体吸收的热量 之和，等于物体内能的增 量。①W+Q=⊿U；②理想 气体：体积 V↑，W<0；V↓， W>0；吸热，Q>0；放热， Q<0；温度 T↑，U↑，⊿U>0； T↓，U↓，⊿U<0。 能量守恒定律：能量既不会凭空产生, 也不会凭空消失,它只能从一种形式 转化为其他的形式,或者从一个物体 转移到其他的物体,在转化或转移的 过程中能量的总量保持不变。 ① 321321 EEEEEE  ②a.外界对系统不做功，或系统与外 界无能量交换，能量只在系统内各种 形式之间转化或只在系统内各个物体 间转移，即： 0外W ， 0E ； b.外界对系统做功，或系统与外界有 能量交换，则系统能量的增量，等于 外界对系统做的功或外界向系统输入 的能量，即： 0外W ， EW 外 。 理想气体状态变化问题——内能的变化 粗糙水平面、斜面、曲面滑块模型，总路程问题，粗糙水平 面、斜面上的弹簧问题——内能、重力势能、弹性势能、动 能相互转化；传送带问题——内能、机械能相互转化。 弹性碰撞——“速度交换”模型；非弹性碰撞——子弹打木 块模型；完全非弹性碰撞——绳子绷紧问题、“速度相等” 类型——滑块冲上平板车、小球冲上圆弧小车、弹簧压缩最 短拉伸最长、磁场导轨上一棒带动一棒等；爆炸模型等。 分子势能：分子间的相互作用势能。①系统性： 分子势能属于物体内所有分子整体；②Ep— r 曲 线；③分子势能与物体的体积有关。 电 能 电势能：电荷之间的相互作用势能，或电荷在电 场中由相对位置所决定的势能。①Ep=q ；②系 统性——电势能属于相互作用的系统；相对性 ——数值与所选择的参考点（零电势点）有关， 正负表示大小。 势能定理：电场力所做的功，等于电势能的减少量。 ① pABAB EqUW  ；②a.电场力做功与具体路径无关，而只 与初末位置的电势差有关；b.电场力做功的正负与 q 和 UAB 的正负 都有关。 带电粒子在电场中加速、偏转——电势能、动能相互转化； 带电粒子在复合场中运动——电势能、重力势能、动能、内 能等的相互转化（洛仑兹力不做功）。 电能：电源给电路提供的能量，或电路中消耗的 能量。 电磁感应：安培力做负功，将机械能转化为电能： 电EWF  ； 电流做功：电流做功，将电能转化为其它形式的能量（如机械能、 内能、化学能等）： 电EtR URtIUItW  )( 2 2 或 EItW  。 直流电路，感应电路——电源输出功率，各部分消耗功率。 交流电路，变压器、电能的输送——注意有效值、决定关系； 动态电路问题——电源输出功率、各部分消耗功率。 电动机带动传送带传送物体问题——电能、机械能和内能的 相互转化，以及连接体问题。 其 他 光子能量： hE  ，其中υ为光波的频率。光电效应： Whmv  2 2 1 ，光子的发射与吸收： nm EEh  。核能：核反应过程（衰变、裂变、聚变等）中释放出来的能量， 2mcE  ，其中 m 是体系反应前 后静止质量的差值，释放出来的核能包括光子能量、生成粒子的动能等。LC 回路：电场能（电容）和磁场能（电感）的相互转化。其他能：引力势能、光能、电磁辐射能、化学能等。 注意问题：①弹簧问题中要注意弹簧的初状态和重力势能；②连接体问题中要注意物体间的运动关联；③理想气体状态变化问题要判断“问题类型”——等温（⊿U=0）、等容（W=0）、等压、绝热（Q=0）,然后综合 W+Q=⊿U 和 pV=nRT 分析讨论；④电路问题要注意分清纯电阻电路和非纯电阻电路，注意电功率、热功率公式的选择；⑤直流电路，感应电路，交流电路、电能输送问题必须画等效电路图、理清电路结构；⑥能量守 恒列方程时，建议使用 321321 EEEEEE  的原始形式。