正确理解动能定理、机械能守恒定律、能的转化与守恒定律

正确理解动能定理、机械能守恒定律、能的转化与守恒定律
动能定理、机械能守恒定律、能的转化与守恒定律是中学生最容易混淆的三条规律，只有正确理解三条规律的内容才能在解决问题时正确应用。

分析如下。

一、内容区别
动能定理是说物体的动能变化是伴随物体所受外力做功来完成的，这个外力可以是各种性质的力，包括重力；这个功是所有外力所做的总功；且有，外力做的总功等于物体动能的变化，外力对物体做正功，物体的动能积累，外力对物体做负功，物体的动能释放。

机械能守恒定律是说只有机械能中的动能与势能发生转化时的情况。

这种情况要求物体运动过程中只有重力做功。

意为，重力做功只完成了重力势能向动能转化，重力做负功，则是动能向重力势能转化，而机械能的总量是不变的。

能的转化与守恒定律则是从大范围上对功与能的关系进行说明，即各种形式能之间在条件满足时都是可以转化的，且做功的过程是能量转化的过程，做功的多少是能量转化的量度，总的能量是不变的。

也可以说动能定律是能的转化与守恒定律在动能问题上的一个具体表现，而机械能守恒又可以认为是动能定理的一个特殊情况。

然而这三个规律都是描述能量转化时所遵守的规律，只是对象条件不同。

二、各规律的意义及应用注意事项
（1）动能定律
动能定理表示物体的动能与其它形式能或其它物体的能量之间的转化量度，所以，动能定理中的功为合外力的功或物体所受外力的总功，它是以物体的动能变化为主体研究对象，通过合外力做功的多少来分析说明问题的。

所以在应用动能定理时，首先要选好物体的初末状态，正确表达出物体的初末动能；其次是分析物体在运动过程中都受到哪些力，其中哪些力做功，哪些力不做功，有可能还要分析是变力还是恒力，各力是做正功还是做负功，各功应如何表示。

只有做到了这些才能正确利用动能定理。

（2）机械能守恒定律
机械能守恒定律表示物体只有重力做功的情况下的动能与重力势能之间的转化规律，而机械能的总量是不变的。

所以，在利用机械能守恒定律时，首先要判断，物体的运动过程是否满足机械能守恒定律成立的条件，条件成立了，还要选好初末状态及重力势能的零势能面，这样才能正确表示出初末状态的机械能，才能准确的列出方程。

（3）能的转化与守恒定律
能的转化与守恒定律是一个大规律，可以说物理学中的各规律公式都是能的转化与守恒定律或直接或间接的具体表现。

也就是一切物体间的能量转化或各种形势能之间的转化或转移都是要遵守能的转化与守恒定律的。

此规律主要用于分析说明一些问题，而在具体解决问题时，多以它的具体表达式进行应用。

中学生只有把这些定理或定律之间的关系都理解清楚了，才能真的体会，学习这些定律的内容，才能建立物理意识，达到学习的目的，提高学习效率。

三、题例分析
1.如下图，一质量为m的小球，被以初速度v0竖直向上抛出，上升的最大高度为h。

（1）小球的上升过程，只受重力，所以机械能守恒，以小球的抛点所在处为零势能面。

则有：■mv20＝mgh，可理解为，小球上升过程，动能全部转化为重力势能，而小球的机械能守恒。

（2）也可用动能定理：上升过程只有重力做负功，且w=-mgh，小球动能变化量：△Ek=0-■mv20，所以同样有-mgh=0-■mv20，可理解为，重力做的负功等于小球动能的减少。

（3）能的转化与守恒定律可理解为，小球上升过程中除重力外没有任何其它力做功，是物体动能克服重力做功的过程，完成了动能向重力势能的转化，而小球总的能量不变。

2.如果小球上升过程中是人用手托着匀速上升的。

（1）小球上升过程除重力外还有手的弹力做功，所以机械能守恒定律不成立，也就是小球的机械能不守恒，虽然小球的动能不变，但重力势能增加。

（2）动能定理：运动过程中，有两个力做功，且有：
w=-mgh+Fh；动能改变：△Ek=0；有：-mgh+Fh=0。

可理解为，外力总功为零，小球动能不变。

（3）能的转化与守恒定律可理解为，小球上升过程除重力外还有手的弹力做功，完成了人的化学能转化为小球的机械能，由于手的弹力全部用来克服重力做功，所以化学能转化为小球的重力势能。

以人与小球为研究对象，能的总量是守恒的，即人减少的化学能等于小球重力势能的增加。

从而还可以看出，物体机械能的改变等于物体除重力以外的其它力对其做的功。

3.如果小球在人的弹力作用下是加速上升的。

（1）同样除重力外还有弹力做功，机械能守恒定律不成立，小球的重力势能与动能都在增加。

（2）动能定理：运动过程中同样有两个力做功，且有：
w=-mgh+Fh；还有：F-mg=ma
所以，w=mah；而动能的变化：△Ek=■mv2t-■mv20
有：mah=■mv2t-■mv20合外力的功等于物体动能的增量。

（3）能的转化与守恒定律可理解为，小球上升过程中，除重力外还有弹力做功，弹力做的功wF=Fh=mgh+mah消耗人的化学能，其中一部分转化为重力势能，一部分转化为小球的动能；而总的能量是不变的。

此例虽然非常简单，但能显示这三个定律的条件、内容、实质、及研究对象。

只有从定律的条件、应用过程、能量转化的实质上去理解掌握它们，才能真正的学到知识的精髓，建立物理意识。

才能体会到在以后的实际应用中，不论问题有多么复杂，而实质都是相同的。