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- 2021-05-24 发布
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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 , 0E ;
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。