高中物理的能量守恒定律知識點
高中物理的能量守恒定律知識點
高中物理的學(xué)習(xí)中會有很多關(guān)于守恒的定律，下面學(xué)習(xí)啦的小編將為大家?guī)砟芰渴睾愕亩山榻B，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(jī)械能。
當(dāng)然，上述五種形式的能量，是力學(xué)與電磁學(xué)?？嫉降摹?/p>
選修內(nèi)容中的機(jī)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(xué)們需要知道，光電效應(yīng)方程與波爾能級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，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(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。兩者大多都是針對系統(tǒng)進(jìn)行分析的。
(1)在只有重力、彈力做功時，系統(tǒng)對應(yīng)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(yīng)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(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解決機(jī)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(jī)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?
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，未必什么時候都守恒。當(dāng)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(dǎo)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(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)過程
(2)安培力做功的能量守恒定律推導(dǎo)過程
能量守恒定律、動能定理與機(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(動能定理、機(jī)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(jìn)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(dá)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(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(xué)生而言，電勢能還沒學(xué)。能量守恒的表達(dá)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(jī)械能守恒，而是在考察牛頓動力學(xué)(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(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，還會延續(xù)、貫穿整個高考物理重要模塊，特別是高二上學(xué)期要學(xué)到的靜電場、磁場、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動形式相對應(yīng)：物體運動具有機(jī)械能、分子運動具有內(nèi)能、電荷
一種永動機(jī)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(jī)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(jī)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(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。人類對各種能量，如煤、石油等燃料以及水能、風(fēng)能、核能等的利用，都是通過能量轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)的。
能量守恒定律是人們認(rèn)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。
高中物理動量守恒定律的知識點
動量守恒定律的內(nèi)容
如果一個系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零，那么這個系統(tǒng)的總動量保持不變，這個結(jié)論叫做動量守恒定律。
還可以表述為，當(dāng)沒有外界的力作用時，系統(tǒng)內(nèi)部不同物體間動量相互交換，但總動量之和為固定值。
動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;既適用于低速運動物體，也適用于高速運動物體。
提醒同學(xué)們，動量也是矢量。如靜止的鈾核發(fā)生α衰變，反沖核和α粒子的動量的動量變化大小相同，方向相反，動量變化的矢量和是零，但兩個動量在數(shù)量上都增大了。
動量守恒定律的公式
基本公式:m1v1+m2v2= m1v1′+m2v2′;此公式為兩個物體動量守恒的表達(dá)式，多個物體碰撞可以寫成：
m1v1+m2v2+……= m1v1′+m2v2′ +……
公式還可以寫成p1+p2=p1′+p2′，或者Δp1+Δp2=0，Δp1=-Δp2(動量變化量守恒)
下面，我們來探究動量守恒定律的條件是什么?
動量守恒定律的條件
用一句話來說動量守恒的前提條件：在規(guī)定的方向上，系統(tǒng)不受“外力”。
這句話共有三個要素：1方向;2系統(tǒng);3外力。
(1)關(guān)于方向的說明：
在探究動量是否守恒的時候，要首先明確方向，一般規(guī)定碰撞或運動所在的直線對應(yīng)的方向(正負(fù)兩個方向均可)。
(2)對“外力”的理解：
這個“外力”指的是“外界的力”，與研究系統(tǒng)內(nèi)部的力無關(guān)，什么是內(nèi)部的力呢?舉個例子，比如兩個人在理想冰面互推的“推力”，等等。而外力呢?對于這兩個人來說，墻給某個人的力就是(這個系統(tǒng))外界的力。
(3)系統(tǒng)的說明：
使用動量守恒定律，必須是兩個或兩個以上的物體構(gòu)成的系統(tǒng)，或者爆破為兩個物體的整體?？傊痪湓挘覀冄芯縿恿康膶ο笫嵌鄠€物體組成的系統(tǒng)。
(4)需要記憶的動量守恒定律模型：
給大家一個總結(jié):“光滑面兩球相撞”、“冰面互推”、“兩個彈簧鏈接的物體”、“斜面上滑動小物塊”、“子彈射入木塊”、“火箭發(fā)射”、“人在船面上走動”、“二起腳空中爆破”、“粒子裂變”等。
嚴(yán)格意義上來說，動量守恒定律的條件有如下四個，滿足其中之一系統(tǒng)動量守恒：
(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;(子彈打木塊、列車撞接等。)
(3)系統(tǒng)在某一個方向上所受的合外力為零，則該方向上滿足動量守恒定律。(物塊沿斜面下滑不計任何摩擦力時，水平方向動量守恒。)
(4)全過程的某一階段系統(tǒng)受的合外力為零，則該階段系統(tǒng)滿足動量守恒定律。
如果你仔細(xì)研究的話，就會發(fā)現(xiàn)，這句話：在規(guī)定的方向上，系統(tǒng)不受“外力”，對動量守恒定律前提條件的總結(jié)很到位吧。
關(guān)于動量是否守恒的一個思考題
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的彈性勢能，并保持B處于靜止，然后撤去外力，問A離開墻后彈簧所具有的最大彈性勢能為多少?
大家可以做一下這個題。在解決這個問題的時候，首先要高明白的就是，在各個運動過程中，動量是否守恒?
推論:質(zhì)點系的內(nèi)力不能改變質(zhì)心的運動狀態(tài)
動量問題是力學(xué)的重要難點之一。
動量守恒還有一個推論：一個質(zhì)點系的內(nèi)力不能改變質(zhì)心的運動狀態(tài)。這個推論包含如下的三層含義：
(1)若一個質(zhì)點系的質(zhì)點原來是不動的，那么在無外力作用的條件下，這個質(zhì)心的位置不變。
(2)若一個質(zhì)點系的質(zhì)心原來是運動的，那么在無外力作用的條件下，這個質(zhì)點系的質(zhì)心將以原來的速度做勻速直線運動。
(3)若一個質(zhì)點在某一外力作用下做某種運動，那么內(nèi)力不改變質(zhì)心的這種運動，比如原某以物體做拋體運動時，突然炸成兩塊，那么這兩塊物體的質(zhì)心仍然繼續(xù)做原來的拋體運動。這種情況就是導(dǎo)彈在空中爆破的動力學(xué)分析問題了。
系統(tǒng)質(zhì)心位置不變的問題，?？嫉氖谴谒?，人在船上走的運動模型。同學(xué)們可以結(jié)合一些題，來驗證上述結(jié)論。
彈性碰撞的結(jié)論
碰撞的問題總是用動量守恒定律來解決。在很多考題中，我們總是會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物體碰撞過程中沒有能量損失的碰撞過程。這樣的碰撞實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)重力勢能沒有改變即簡化為動能守恒)，也滿足動量守恒，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。不過是怎么推導(dǎo)過來的，用的是哪些方程，同學(xué)們要牢記。
動量守恒定律實驗
當(dāng)系統(tǒng)不受外力或所受合外力為零時，系統(tǒng)的動量守恒，但在處理碰撞一類的問題時，也認(rèn)為系統(tǒng)的動量守恒，因為在此過程中，雖然系統(tǒng)所受合外力不為零，但此時系統(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)動量守恒，這種做法是否正確，尚需進(jìn)一步的實踐證明，下面我們用實驗來研究這個問題：動量守恒定律實驗的驗證。
動量守恒定律實驗實驗原理
驗證公式：m1·OP=m1·OM +m2·ON
驗證公式的推導(dǎo)過程;即為什么上述式子成立就說明系統(tǒng)的動量守恒了。下面是具體的推導(dǎo)過程。
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′，兩球總動量為隊m1υ1′+m2υ2′，根據(jù)動量守恒定律，應(yīng)有
m1υ1=m1υ1+m2υ2
如果測出兩球的質(zhì)量m1和m2及兩球在碰撞前后的速度υ1、υ1′、υ2′，代入上式，就可以驗證動量是否守恒.
用天平可測出兩球質(zhì)量m1、m2.
用平拋運動知識可以測出其速度：因它們下落的高度相同，故飛行時間相同，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
如果實驗中測得的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′
就驗證了動量守恒定律。
其中，公式m1·OP=m1·OM +m2·ON使我們要驗證的主要公式。
動量守恒定律實驗注意事項
多次測量確定小球平均落點的方法
(1)先不放上被碰小球，讓入射小球從斜槽上某一高度處滾下，重復(fù)10次，用盡可能小的圓把所有小球落點圈在里面，圓心P(如圖8.6-1所示)就是小球落點的平均位置;
(2)把被碰小球放在斜槽前端邊緣處，讓入射小球從原來的高度滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)10次，用上述方法找出碰后入射球平均落點位置M和被碰小球平均落點位置N;
(3)要調(diào)節(jié)好實驗裝置，使固定在桌邊的斜槽末端點的切線水平，使小支柱與槽口間距離等于小球直徑，而且兩球相碰時處在同一高度，碰撞后的速度方向在同一直線上;
(4)應(yīng)使入射小球的質(zhì)量大于被碰小球的質(zhì)量;
(5)應(yīng)使入射小球每次從槽上相同位置由靜止?jié)L下.可在斜槽上適當(dāng)高度處固定一擋板，使小球靠著擋板，然后釋放小球;
(6)白紙鋪好后不能移動。
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