高中物理的能量守恒定律知識(shí)點(diǎn)

時(shí)間：2017-11-01 09:19:01 夏萍1132由分享

　　高中物理的學(xué)習(xí)中會(huì)有很多關(guān)于守恒的定律，下面學(xué)習(xí)啦的小編將為大家?guī)?lái)能量守恒的定律介紹，希望能夠幫助到大家。

　　高中物理的能量守恒定律介紹

　　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?

　　回答，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(chē)及其裝載的砝碼，能量就不守恒。因?yàn)橥饨绲睦?托盤(pán)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。

　　能量守恒定律的推導(dǎo)

　　便于同學(xué)們更為深入的理解能量守恒，我們布置兩道作業(yè)題，有興趣的同學(xué)可以課下自己推導(dǎo)下。

　　(1)系統(tǒng)內(nèi)存有摩擦力做功的能量守恒定律的推導(dǎo)過(guò)程

　　(2)安培力做功的能量守恒定律推導(dǎo)過(guò)程

　　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(chē)，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)。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△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

　　一種永動(dòng)機(jī)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(lèi)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。

　　高中物理動(dòng)量守恒定律的知識(shí)點(diǎn)

　　動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容

　　如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零，那么這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變，這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)量守恒定律。

　　還可以表述為，當(dāng)沒(méi)有外界的力作用時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部不同物體間動(dòng)量相互交換，但總動(dòng)量之和為固定值。

　　動(dòng)量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一，它既適用于宏觀物體，也適用于微觀粒子;既適用于低速運(yùn)動(dòng)物體，也適用于高速運(yùn)動(dòng)物體。

　　提醒同學(xué)們，動(dòng)量也是矢量。如靜止的鈾核發(fā)生α衰變，反沖核和α粒子的動(dòng)量的動(dòng)量變化大小相同，方向相反，動(dòng)量變化的矢量和是零，但兩個(gè)動(dòng)量在數(shù)量上都增大了。

　　動(dòng)量守恒定律的公式

　　基本公式:m1v1+m2v2= m1v1′+m2v2′;此公式為兩個(gè)物體動(dòng)量守恒的表達(dá)式，多個(gè)物體碰撞可以寫(xiě)成：

　　m1v1+m2v2+……= m1v1′+m2v2′ +……

　　公式還可以寫(xiě)成p1+p2=p1′+p2′，或者Δp1+Δp2=0，Δp1=-Δp2(動(dòng)量變化量守恒)

　　下面，我們來(lái)探究動(dòng)量守恒定律的條件是什么?

　　動(dòng)量守恒定律的條件

　　用一句話來(lái)說(shuō)動(dòng)量守恒的前提條件：在規(guī)定的方向上，系統(tǒng)不受“外力”。

　　這句話共有三個(gè)要素：1方向;2系統(tǒng);3外力。

　　(1)關(guān)于方向的說(shuō)明：

　　在探究動(dòng)量是否守恒的時(shí)候，要首先明確方向，一般規(guī)定碰撞或運(yùn)動(dòng)所在的直線對(duì)應(yīng)的方向(正負(fù)兩個(gè)方向均可)。

　　(2)對(duì)“外力”的理解：

　　這個(gè)“外力”指的是“外界的力”，與研究系統(tǒng)內(nèi)部的力無(wú)關(guān)，什么是內(nèi)部的力呢?舉個(gè)例子，比如兩個(gè)人在理想冰面互推的“推力”，等等。而外力呢?對(duì)于這兩個(gè)人來(lái)說(shuō)，墻給某個(gè)人的力就是(這個(gè)系統(tǒng))外界的力。

　　(3)系統(tǒng)的說(shuō)明：

　　使用動(dòng)量守恒定律，必須是兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體構(gòu)成的系統(tǒng)，或者爆破為兩個(gè)物體的整體?？傊痪湓挘覀冄芯縿?dòng)量的對(duì)象是多個(gè)物體組成的系統(tǒng)。

　　(4)需要記憶的動(dòng)量守恒定律模型：

　　給大家一個(gè)總結(jié):“光滑面兩球相撞”、“冰面互推”、“兩個(gè)彈簧鏈接的物體”、“斜面上滑動(dòng)小物塊”、“子彈射入木塊”、“火箭發(fā)射”、“人在船面上走動(dòng)”、“二起腳空中爆破”、“粒子裂變”等。

　　嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，動(dòng)量守恒定律的條件有如下四個(gè)，滿足其中之一系統(tǒng)動(dòng)量守恒：

　　(1)系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為零;

　　(2)系統(tǒng)受外力，但外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力，可以忽略不計(jì);(子彈打木塊、列車(chē)撞接等。)

　　(3)系統(tǒng)在某一個(gè)方向上所受的合外力為零，則該方向上滿足動(dòng)量守恒定律。(物塊沿斜面下滑不計(jì)任何摩擦力時(shí)，水平方向動(dòng)量守恒。)

　　(4)全過(guò)程的某一階段系統(tǒng)受的合外力為零，則該階段系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒定律。

　　如果你仔細(xì)研究的話，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這句話：在規(guī)定的方向上，系統(tǒng)不受“外力”，對(duì)動(dòng)量守恒定律前提條件的總結(jié)很到位吧。

　　關(guān)于動(dòng)量是否守恒的一個(gè)思考題

　　如圖所示，質(zhì)量分別為m和2m的物體A與B中間用彈簧連接(焊接)，放置于光滑地面的墻角處，用力把B向左推，使得彈簧具有E的彈性勢(shì)能，并保持B處于靜止，然后撤去外力，問(wèn)A離開(kāi)墻后彈簧所具有的最大彈性勢(shì)能為多少?

　　大家可以做一下這個(gè)題。在解決這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，首先要高明白的就是，在各個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)量是否守恒?

　　推論:質(zhì)點(diǎn)系的內(nèi)力不能改變質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

　　動(dòng)量問(wèn)題是力學(xué)的重要難點(diǎn)之一。

　　動(dòng)量守恒還有一個(gè)推論：一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系的內(nèi)力不能改變質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這個(gè)推論包含如下的三層含義：

　　(1)若一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)點(diǎn)原來(lái)是不動(dòng)的，那么在無(wú)外力作用的條件下，這個(gè)質(zhì)心的位置不變。

　　(2)若一個(gè)質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心原來(lái)是運(yùn)動(dòng)的，那么在無(wú)外力作用的條件下，這個(gè)質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)心將以原來(lái)的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)。

　　(3)若一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在某一外力作用下做某種運(yùn)動(dòng)，那么內(nèi)力不改變質(zhì)心的這種運(yùn)動(dòng)，比如原某以物體做拋體運(yùn)動(dòng)時(shí)，突然炸成兩塊，那么這兩塊物體的質(zhì)心仍然繼續(xù)做原來(lái)的拋體運(yùn)動(dòng)。這種情況就是導(dǎo)彈在空中爆破的動(dòng)力學(xué)分析問(wèn)題了。

　　系統(tǒng)質(zhì)心位置不變的問(wèn)題，常考的是船在水中，人在船上走的運(yùn)動(dòng)模型。同學(xué)們可以結(jié)合一些題，來(lái)驗(yàn)證上述結(jié)論。

　　彈性碰撞的結(jié)論

　　碰撞的問(wèn)題總是用動(dòng)量守恒定律來(lái)解決。在很多考題中，我們總是會(huì)遇到彈性碰撞的概念。

　　什么是彈性碰撞呢?彈性碰撞指的是兩個(gè)物體碰撞過(guò)程中沒(méi)有能量損失的碰撞過(guò)程。這樣的碰撞實(shí)際上是一種理想模型。

　　彈性碰撞中滿足機(jī)械能守恒(水平面內(nèi)重力勢(shì)能沒(méi)有改變即簡(jiǎn)化為動(dòng)能守恒)，也滿足動(dòng)量守恒，其結(jié)論我們整理如下：

　　上述的結(jié)論，我們物理網(wǎng)的編輯并不建議同學(xué)們記住。不過(guò)是怎么推導(dǎo)過(guò)來(lái)的，用的是哪些方程，同學(xué)們要牢記。

　　動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)

　　當(dāng)系統(tǒng)不受外力或所受合外力為零時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，但在處理碰撞一類(lèi)的問(wèn)題時(shí)，也認(rèn)為系統(tǒng)的動(dòng)量守恒，因?yàn)樵诖诉^(guò)程中，雖然系統(tǒng)所受合外力不為零，但此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于系統(tǒng)的外力，外力可忽略，近似認(rèn)為系統(tǒng)動(dòng)量守恒，這種做法是否正確，尚需進(jìn)一步的實(shí)踐證明，下面我們用實(shí)驗(yàn)來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題：動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。

　　動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理

　　驗(yàn)證公式：m1·OP=m1·OM +m2·ON

　　驗(yàn)證公式的推導(dǎo)過(guò)程;即為什么上述式子成立就說(shuō)明系統(tǒng)的動(dòng)量守恒了。下面是具體的推導(dǎo)過(guò)程。

　　讓質(zhì)量較大的小球m1從斜槽上滾下，與放在斜槽末端的質(zhì)量較小的小球m2發(fā)生正碰，碰前m1的入射速度為υ1，兩球總動(dòng)量為m1υ1.碰撞后，入射小球m1的速度為υ1′，被碰小球m2的速度為υ2′，兩球總動(dòng)量為隊(duì)m1υ1′+m2υ2′，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，應(yīng)有

　　m1υ1=m1υ1+m2υ2

　　如果測(cè)出兩球的質(zhì)量m1和m2及兩球在碰撞前后的速度υ1、υ1′、υ2′，代入上式，就可以驗(yàn)證動(dòng)量是否守恒.

　　用天平可測(cè)出兩球質(zhì)量m1、m2.

　　用平拋運(yùn)動(dòng)知識(shí)可以測(cè)出其速度：因它們下落的高度相同，故飛行時(shí)間相同，設(shè)為t，則它們飛行的水平距離s=υt，在圖中有

　　OP=υ1t……① OM=υ1′t ……② ON=υ2′t ……③

　　如果實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的m1、m2，OP、OM、ON滿足關(guān)系

　　m1·OP=m1·OM +m2·ON

　　把①②③代入上式后消去t可得到mυ1= m1υ1′+ m2υ2′

　　就驗(yàn)證了動(dòng)量守恒定律。

　　其中，公式m1·OP=m1·OM +m2·ON使我們要驗(yàn)證的主要公式。

　　動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

　　多次測(cè)量確定小球平均落點(diǎn)的方法