基于能量守恒定律的研究與分析

青海湟川中學 馬 騫

運動，是一種涉及體力和技巧的由一套規則或習慣所約束的行為活動。現實世界中的物體是一直在運動的，運動就會產生能量。所有的物體都在進行運動，那么看得見的物體在運動，看不見的物體也在運動，所有物體的運動都需要依靠能量來完成，需要從一種能量轉換到另一種能量，需要受到的力對物體進行做功。能量這個詞是托馬斯·楊于1807年在倫敦國王學院講自然哲學時引入的，針對當時的“活力”或“上升力”的觀點，提出用“能量”這個詞表述，并和物體所作的功相聯系，但未引起重視，人們仍認為不同的運動中蘊藏著不同的力。物體在運動時就會產生能量，能量（energy）是物質的基本單元在空間中的運動周期范圍的測量。

1831年法國學者科里奧利又引進了力做功的概念，并且在“活力”前加了1/2系數，稱為動能，通過積分給出了功與動能的聯系。1853年出現了“勢能”，1856年出現了“動能”這些術語。直到能量守恒定律被確認后，人們才認識到能量概念的重要意義和實用價值。能量守恒，是物理學名詞。能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，只能由一個物體傳遞給另一個物體，而且能量的形式也可以互相轉換。這就是人們對能量的總結，稱為能量守恒定律。

一、能量

（一）能量的簡介

能量是物質運動轉換的衡量準則，簡稱“能”。任何物體都會產生運動，每一個物體也都有自己的能量，在物體運動過程中物體在進行能量的轉移。在物質的一切屬性中，運動是最基本的屬性，其他屬性都是運動的具體表現。能量是表征物理系統做功的本領的量度。能量是物質所具有的基本物理屬性之一，是物質運動的統一量度。能量的單位與功的單位相同，在國際單位制中是焦耳（J）。能量以多種不同的形式存在；按照物質的不同運動形式分類，能量可分為機械能、化學能、熱能、電能、輻射能、核能。這些不同形式的能量之間可以通過物理效應或化學反應而相互轉化。能量是所有物體產生運動的依靠，因為物體存在能量才會發生變化。那么物體的運動形式不同就會產生不同的能量。物體在做機械運動的時候就會產生機械能，生物質在運動過程中就會產生化學能，分子在運動過程中就會產生熱能，電子在運動過程中就會產生電能。

（二）常見的幾種能量

1.動能。

動能是物體由于作機械運動而具有的能，以m為質量的物體以速率v運動時，它的動能為

2.重力勢能。

重力是保守力。質量為m的物體，所受到的重力是g（g=9.80665米/秒，也就是重力加速度）。如果把地面選作零勢能位置，則物體在髙度h處所具有的重力勢能為Ek=mgh。

二、能量守恒定律的理論體系和發展歷史

能量是物體運動的基礎，每個物體在運動過程中會產生不同形式的能量，但是總體的能量是不發生變化的，不同能量之間相互轉化。這樣的能量轉化伴隨著物體的運動，符合自然物理規律，可以解釋任何物體的運動。

（一）能量守恒定律的理論體系

物體是運動的，每一個物體都會產生能量，而在物體運動過程中的每個時刻，都有能量的轉移，在運動過程中能量是多種多樣的。物體在進行運動過程中，各種能量之間會相互轉化，但是能量是固定不變的，也不會減少和增多。

1.能量守恒定律的內容。能量不會產生也不會消失，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移過程中，能量的總量保持不變。

2.能量守恒定律。

定律的表達式為：E1=ΔE -ΔΕ

其中Ε1表示狀態1產生的能量，表示Ε2狀態2產生的能量，這個定律表示了一個物體從狀態1運動到狀態2產生的能量是相等的，物體從狀態1運動狀態2增加的能量等于減少的能量，所以能量沒有發生變化，能量是守恒的。

（二）能量守恒定律的發展歷史

一般一個定律發展的歷史都是比較長時間的。而能量守恒定律也是經過很長時間的，人們根據這個觀察與發現一點一點地發現這個規律然后總結這個規律。18世紀與19世紀之交，各種自然現象之間的相互轉化相繼發現：在熱向功的轉化和光的化學效應被發現之后，1800年發現了紅外線的熱效應。電池剛發明，就發現了電流的熱效應和電解現象。1820年，發現電流的磁效應，1831年發現電磁感應現象。1821年發現熱電現象，1834年發現其逆現象。1843年，英國實驗物理學家焦耳進行了更多的工作，測定了更精確的當量值。1850年，發表的結果是：“要產生一磅水（在真空中稱量，其溫度在55°和60°之間）增加華氏1°的熱量，需要消耗772英磅下落一英尺所表示的機械功。”焦耳的工作，為“力的守恒”原理奠定了堅實的實驗基礎。德國科學家亥姆霍茲于1847年發表了著作《論力的守恒》。提出了一切自然現象都應該用中心力相互作用的質點的運動來解釋。

（三）能量是通過做功來傳遞的

物體在運功過程中，會產生各種各樣的力，那么力就會對物體做功。而能量是守恒的，那么能量就是通過做功來實現能量之間的傳遞的。比如爬樓梯，人因為有重力，重力就會對人做功，也會有重力勢能，人發生運動就會產生動能。由于能量守恒定律就可以得出重力對人做的功就是改變的動能，因為重力勢能是一直變化的，因此重力勢能的增量和動能的減量是相等的。比如人在下樓梯，那么人因為有重力，重力對于物體做功，重力勢能也會變小，因此重力做功就會使能量之間進行轉化成動能，因此下樓梯會感覺輕松，因為重力勢能減小，但是總能量不變，轉化成動能，因此人會比較輕松。上樓梯，人會感覺比較辛苦，因為重力勢能增加，會讓動能轉化成重力勢能，因此人會比較累，是因為人需要做出動能所需要的能量。

三、能量守恒定律的應用

（一）在機械運動中的能量守恒定律

在物體發生機械運動中，物體會產生動能，之后會將動能轉換成熱能。由于物體的能量是固定不變的，因此系統在發生運動過程中就會產生相對應的力，力會做功產生能量，那么外力所做的功就是物體動能發生改變的部分。在物體做機械運動中，會產生外力，就會做功，物體就會產生能量的轉移和變換，但是總體的能量是不發生變化的。在機械運動當中，物體運動產生的能量，會轉化會其他形式的能量，而總的能量保持不變，因此這個能量守恒定律是通用的，在物體運動當中，能量在發生變化，只是因為物體受到外力而對物體做功，剛好做功體現了能量的變化。

（二）在分子熱運動中的能量守恒定律

分子因為受熱而產生運動，那么分子系統就會產生內能，而能量是守恒的，所以內能和其他能量之間是相互轉化的，能量的轉化是通過分子運動發熱來傳遞的。因此在分子熱運動當中，每個分子都可以是單獨的物體，每個分子都保持能量守恒，而在分子熱運動中，可以將整個運動的分子作為整個系統來看，系統也是能量守恒的，內部的能量也是在進行轉化的，因為每個分子之間都有一種作用力，因此整個系統受到所有分子作用的合力，就會對物體做功，就會產生能量的變化。

四、結語

一切物體都是在運動的，那么運動就會存在能量，物體在任何狀態下的能量都是守恒的，所以任何一個狀態下能量都是相等的，那么各個時刻物體的各種能量之間就會存在轉化和轉移。因為能量可以在任何方面，所以在各個時刻各個狀態下物體的能量都是相等的，所以物體的能量只會是轉移和轉化。

能量守恒定律適用于所有物體，適用于任何狀態下的物體，能量不會產生也不會消失，在各種運動當中，物體會產生各種各樣的力，這些力對物體做功，從而產生各種不同能量之間的轉移。能量守恒定律是物體運動的一個基本規律，在運動過程中，物體的各種能力之間會產生變化，但是總的能量保持不變，這也就是說系統會什么能夠保持穩定的原因，也就是說為什么整個宇宙都是在一直存在，每個物體都在按照自己的運動軌跡運動，每一個小的物體能量守恒，那么整個系統能量守恒，乃至整個宇宙能量守恒，因此世界萬物都是穩定的。