高中物理常见的各种能量及能量守恒定律

高中物理常见的各种能量及能量守恒定律

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。

①2

2

1

mv

E

k

=；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

k

E

W∆

=

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

E

W

G

∆

=；

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

E

E

E

E

E

E'

+

'

+

'

=

+

+

②守恒条件一：0

=

外

G

W，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：物体由于被举高而具有的能量。

①E p=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

p

F

E

W∆

-

=；

②a.重力做功与具体路径无关，而只

与初末位置的高度差有关；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。

①2

2

1

kx

E

p

=；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。

①2

2

1

mv

E

k

=；②温度是分子热运动平均动能

的标志——T

E

k

∝。

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；②Q

fs=

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

3

2

1

3

2

1

E

E

E

E

E

E'

+

'

+'

=

+

+

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，E

W∆

=

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、动能相互转化。

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；②E p—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。①E p=qϕ；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

p

AB

AB

E

qU

W∆

-

=

=；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U AB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

E

W

F

∆

-

=；

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

E

t

R

U

Rt

I

UIt

W∆

-

=

=

=

=)

(

2

2或EIt

W=。

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：ν

h

E=，其中υ为光波的频率。光电效应：W

h

mv-

=ν

2

2

1

，光子的发射与吸收：

n

m

E

E

h-

=

ν。核能：核反应过程（衰变、裂变、聚变等）中释放出来的能量，2

mc

E∆

=

∆，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

3

2

1

3

2

1

E

E

E

E

E

E'

+

'

+'

=

+

+的原始形式。