大学物理(上册)_能量 能量守恒定律
能量守恒定律的物理知识点总结
能量守恒定律的物理知识点总结能量守恒定律是物理学中的基本定律之一，它描述了在一个封闭系统中，能量总量是恒定不变的。
本文将对能量守恒定律的相关知识点进行总结。
一、能量守恒定律的基本概念能量守恒定律是基于热力学第一定律和动能定理的基础上建立的。
它表明在一个孤立系统中，能量既不能创造也不能消失，只能转化形式或从一个物体传递到另一个物体。
二、能量的种类根据能量守恒定律，能量可以分为多种形式，包括机械能、热能、电能、化学能、核能等。
这些不同形式的能量可以相互转化，在能量转化过程中能量的总量保持不变。
三、能量转化与转移能量在系统中的转化与转移是能量守恒定律的重要内容。
能量可以从一种形式转化为另一种形式，例如机械能可以转化为热能、电能可以转化为光能等。
同时，能量也可以通过传导、传输、辐射等方式在物体之间进行转移。
四、能量转化效率能量转化的效率是指输入和输出能量之比，即能量转化过程中有多少能量转化为有用的能量。
根据能量守恒定律，能量转化的效率始终小于1，因为在能量转化过程中总会有一部分能量以热的形式散失。
五、能量守恒定律的应用能量守恒定律在物理学和工程学中有着广泛的应用。
例如在机械系统中，可以通过能量守恒定律来计算机械能的转化和损失；在热力学系统中，能量守恒定律可以用于分析热能的传递和转化；在核能系统中，能量守恒定律可以用于计算核反应的能量变化等。
六、能量守恒定律的局限性能量守恒定律是基于封闭系统的假设进行推导的，而实际中很少存在完全封闭的系统。
因此，在开放系统中，能量守恒定律可能不完全适用。
此外，量子力学和相对论等新的物理理论对能量守恒定律提出了一些修正和补充。
小结：能量守恒定律是物理学中的一项基本定律，它描述了封闭系统中能量总量的恒定不变。
能量可以在不同形式之间转化和传递，但总量保持不变。
能量守恒定律在物理学和工程学中有着广泛的应用，但在开放系统和微观领域可能存在一定的局限性。
通过深入研究和探索能量守恒定律，我们可以更好地理解和应用能量转化与转移的规律，推动科学技术的发展。
能量守恒定律
三、能量守恒定律 - 重要意义
能量守恒定律，是自然界最普遍、最重要的基 本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇 宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一 定服从能量守恒的规律。从日常生活到科学研究、 工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。人类对 各种能量，如煤、石油等燃料以及水能、风能、核 能等的利用，都是通过能量转化来实现的。能量守 恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。 “能量的转化和守恒定律”的三种表述反映了人类 认识这一自然规律的历程。这三种表述一种比一种 更深刻，一种比一种更接近客观真理。人类正是这 样一步一步地认识物质世界的。
（4）永动机的不可能
据说永动机的概念发端于印度，在公元12世纪传入欧洲。 据记载欧洲最早、最著名的一个永动机设计方案是十三 世纪时一个叫亨内考（Villand de Honnecourt）的法国人提 出来的。如图所示：轮子中央有一个转动轴，轮子边缘安装 着12个可活动的短杆，每个短杆的一端装有一个铁球。 随后，研究和发明永动机的人不断涌现。尽管有不少学 者研究指出永动机是不可能的，研究永动机的人还是前赴后 继。 文艺复兴时期意大利伟大学者达 芬奇（Leonardo da vinc，1452－1519）曾经用不少精力研究永动机。可贵的是 他最后得到了永动机不可能的结论。 与达 芬奇同时代还有一位名叫卡丹的意大利人 （Jerome Cardan ，1501-1576），他以最早给出求解三次 方程的根而出名，也认为永动机是不可能的。
1. 能量守恒定律发现的准备
能械能和热能有较深入的研究。我们现在就这 两方面来叙述。
（1）活力与死力的论战
1644年笛卡尔（Rene Descartes,1596－1650）在他所著的《哲学原理》 中讨论碰撞问题时引进了动量的概念，用以度量运动。1687年牛顿(Isac Newton,1642－1727)在他的《自然哲学的数学原理》中把动量的改变来 度量力。与此不同的是莱布尼兹（Gottfried Wilhelm Leibniz,1646－ 1716）在1686年的一篇论文中抨击笛卡尔，主张用质量乘速度的平方来 度量运动，莱布尼兹称之为活力。把牛顿由动量所度量的力也称为死力。 莱布尼兹的主张正好和1669年惠更斯关于碰撞问题研究的结论一致，该 结论说“两个物体相互碰撞时，它们的质量与速度平方乘积之和在碰撞 前后保持不变。” 从莱布尼兹挑起争论起，形成了以笛卡尔和莱布尼兹两大派的论争。 这场论战延续了近半个世纪，许多学者都参加了论战，并且各有实验佐 证。一直到1743年法国学者达朗贝尔（Jean le Rond d'Alembert,1717 －1783）在他的《论动力学》中说：“对于量度一个力来说，用它给予 一个受它作用而通过一定距离的物体的活力，或者用它给予受它作用一 定时间的物体的动量同样都是合理的。”在这里，达朗贝尔揭示了活力 是按作用距离力的量度，而动量是按作用时间力的量度。这场争论终于 尘埃落定了。活力才作为一个正式的力学名词为力学家们普遍接受。
大学物理动量守恒定律和能量守恒定律
04
动量守恒定律和能量守恒定 律的意义与影响
在物理学中的地位
基础定律
动量守恒定律和能量守恒定律是物理学中的两个基础定律，它们 在理论物理学和实验物理学中都占据着重要的地位。
理论基石
这两个定律为物理学理论体系提供了基石，许多物理理论和公式都 是基于这两个定律推导出来的。
验证实验
许多实验通过验证动量守恒定律和能量守恒定律的正确性，来检验 实验的准确性和可靠性。
适用条件
系统不受外力或外力合力为零
动量守恒定律只有在系统不受外力或外力合力为零的情况下才成立。如果系统受到外力作 用，则总动量将发生变化。
系统内力的作用相互抵消
系统内力的作用只会改变系统内各物体的速度，而不会改变系统的总动量。如果系统内力 的作用相互抵消，则总动量保持不变。
理想气体和刚体的动量守恒
未来能源利用的发展需要解决环 境问题和能源短缺问题，动量守 恒定律和能量守恒定律将在新能 源技术、节能技术等领域发挥关
键作用。
感谢您的观看
THANKS
在理想气体和刚体的研究中，由于气体分子之间的相互作用力和刚体之间的碰撞力都可以 忽略不计，因此它们的动量守恒。
实例分析
弹性碰撞
当两个小球发生弹性碰撞时，根据动量守恒定律，它们碰撞后 的速度满足m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁' + m₂v₂'。由于弹性碰撞中能 量没有损失，因此碰撞前后两小球的速度变化量相等。
动量与能量的关系
动量是质量与速度的乘积，表 示物体的运动状态；能量是物 体运动状态的度量，包括动能
和势能。
动量和能量都是矢量，具有 方向性，遵循矢量合成法则。
动量和能量可以相互转化，但 总量保持不变，这是动量守恒 和能量守恒定律的内在联系。
能量守恒定律课件(23张ppt)
热力学第二定律
热力学第二定律指出，不可能从 单一热源吸收热量并完全转换为 有用的功而不产生其他影响。这
限制了热机的效率。
电磁波的产生与传播
电磁波的产生
电磁波是由电荷或电流的振动产生的波动现象。振荡的电 荷或电流产生电场，而振荡的电场产生磁场，两者相互激 发形成电磁波。
电磁波的传播
电磁波在空间中以波动的形式传播，其传播速度等于光速。 电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播。
能量守恒定律具有方向性、守恒 性、不可创性和不可逾越性。
能量守恒定律的重要性
科学研究基础
人类生活影响
能量守恒定律是物理学、化学、生物学 等学科研究的基础，为科学家们提供了 研究物质运动和相互作用的共同框架。
能量守恒定律深刻影响着人类的生产和生 活方式，如能源利用、交通出行、工业生 产等，推动着人类社会的进步和发展。
微观领域
在微观领域，能量守恒定律适用 于原子和分子的运动和相互作用 ，如化学反应、核反应等。
相对论领域
在相对论领域，能量守恒定律适用 于高速运动和高能物理现象，如相
对论效应和量子力学效应等。
02
能量守恒定律的原理
能量转换与守恒
能量是物体做功的能力，可以 表现为多种形式，如机械能、 电能、化学能等。
03
节能意义
节能有助于减少能源消耗，降低环境污染，促进可持续发展。
动力机械与热机
动力机械
动力机械是利用能量转换原理将 一种形式的能量转换为另一种形 式的能量的机械装置。例如，内 燃机将燃料化学能转换为机械能。
热机
热机是一种将热能转换为机械能 的装置，如蒸汽机、汽轮机、内 燃机等。热机的效率受卡诺循环
能量守恒定律课件
能量守恒定律
能量守恒定律能量是指物体所具有的使其进行某种变化或执行某种工作的属性。
根据能量守恒定律，能量在一个封闭系统内是恒定的，能量不能被创建或销毁，只能从一种形式转化为另一种形式。
本文将详细讨论能量守恒定律的基本原理以及其在真实世界中的应用。
一、能量守恒定律的基本原理能量守恒定律是物理学中一个重要的基本定律，它可以通过以下几个方面来解释和证明。
1.1 系统的封闭性能量守恒定律成立的前提是系统的封闭性。
一个封闭系统指的是与外界没有物质交换的系统，可以任意形式地进行能量交换。
在封闭系统中，尽管能量可以在不同形式之间转化，但总能量保持不变。
1.2 能量的转化根据能量守恒定律，能量可以从一种形式转化为另一种形式。
例如，机械能可以转化为热能、电能、化学能等。
这种转化是基于能量守恒定律的前提下进行的，转化后的总能量仍然保持不变。
1.3 能量转化的效率能量守恒定律不仅要求能量守恒，还需要关注能量转化的效率。
能量转化的效率是指在能量转化过程中有多少能量被有效利用，有多少能量被浪费。
能量转化的效率越高，浪费的能量越少，系统的能量利用效率越高。
二、能量守恒定律在真实世界中的应用能量守恒定律在各个领域都有广泛的应用。
接下来，将从自然界、工程技术和生活中的例子中，说明能量守恒定律的应用情况。
2.1 自然界中的应用自然界中能量守恒定律的应用体现在生态系统和天体物理学中。
生态系统中的能量守恒定律使得能量在生态链中得以传递和转化。
光合作用把太阳能转化为有机物，维持了生态系统中的能量供应。
而在食物链中，食物通过吃和被吃的关系，能量传递给上一级和下一级生物，确保了生态系统的平衡。
在天体物理学中，能量守恒定律解释了恒星的能量来源和宇宙中的物质运动。
恒星中的能量来自核聚变，通过核反应将氢转化为氦，释放出巨大的能量。
宇宙中的天体运动也遵循着能量守恒定律的原理，行星和卫星绕着中心天体进行运动，能量在不同轨道之间进行转化。
2.2 工程技术中的应用工程技术中的能量守恒定律的应用主要体现在能源开发和利用方面。
大学物理(3.4.2)--功能原理机械能守恒定律能量守恒定律
第四讲功能原理 机械能守恒定律 能量守恒定律k k k i i i i ii e E E E v m v m W W ∆=-=-=+∑122122)2121(系统的外力和内力作功的总和等于系统动能的增量。
回顾前面学过的知识点：1. 质点系动能定理P1p 2p )(E E E W ∆-=--=2. 保守力作功等于势能的减少3. 成对力的功只与作用力和相对位移有关:r d F dW '⋅= 22/16※ 质点系功能原理1、系统的机械能: 动能与势能的总和称为机械能3、由势能的定义，保守内力的功总等于系统势能的减少pin c E W ∆-= 2、内力的功可分为： 保守内力的功和非保守内力功pk E E E +=（保守内力的功由势能代替）第四讲 功能原理 机械能守恒定律 能量守恒定律 in ncin c in in W W W W i i+==∑非保守内力的功将导致机械能与其他形式的能量转换。
inncex p k W W E E E +=∆+∆=∆k in ncp ex in nc in c ex in ex E W E W W W W W W ∆=+∆-=++=+ 4、系统的功能原理 （由质点系动能定理）在选定的质点系内，在任一过程中，质点系总机械能的增量等于所有外力的功与非保守内力的功的代数和。
4/16※ 机械能守恒定律问题1：有非保守内力作功，系统的机械能不守恒 ？例如：摩擦力作功，机械能转变成热能。
0=+in nc ex W W 0=∆+∆=∆p k E E E 常量=+p k E E 由功能原理:则：或:如果： 如果系统内只有保守内力作功，其他内力和一切外力都不作功，或元功之和恒为零，则系统内各物体的动能和势能可以相互转换，但总机械能保持不变。
问题2：有摩擦力作功：机械能守恒？in nc ex p k W W E E E +=∆+∆=∆力 f 作正功，f ' 作负功，总和为零，机械能守恒。
大学物理第三章动量守恒定律和能量守恒定律
动量守恒定律的表述
总结词
动量守恒定律表述为系统不受外力或所 受外力之和为零时，系统总动量保持不 变。
VS
详细描述
动量守恒定律是自然界中最基本的定律之 一，它表述为在一个封闭系统中，如果没 有外力作用或者外力之和为零，则系统总 动量保持不变。也就是说，系统的初始动 量和最终动量是相等的。
动量守恒定律的适用条件
能量守恒定律可以通过电磁学 的基本公式推导出来。
能量守恒定律可以通过相对论 的质能方程推导出来。
能量守恒定律的应用实例
01
02
03
04
机械能守恒
在无外力作用的系统中，动能 和势能可以相互转化，但总和
保持不变。
热能守恒
在一个孤立系统中，热量只能 从高温物体传递到低温物体，
最终达到热平衡状态。
电磁能守恒
详细描述
根据牛顿第三定律，作用力和反作用力大小相等、方向相反。如果将一个物体施加一个力F，则该力会产生一个 加速度a，进而改变物体的速度v。由于力的作用是相互的，反作用力也会对另一个物体产生相同大小、相反方向 的加速度和速度变化。因此，在系统内力的相互作用下，系统总动量保持不变。
02
能量守恒定律
能量守恒定律的表述
感谢观看
01
能量守恒定律表述为：在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭， 只能从一种形式转化为另一种形式。
02
能量守恒定律是自然界的基本定律之一，适用于宇宙中的一切物理过 程。
03
能量守恒定律是定量的，可以用数学公式表示。
04
能量守恒定律是绝对的，不受任何物理定律的限制。
能量守恒定律的适用条件
能量守恒定律适用于孤立系统，即系统与外界没有能量 交换。
大学物理3-3机械能守恒定律 能量守恒定律
1. 机械能守恒定律
机械能守恒定律：如果一个系统内只有保守内力 做功（常见），或者非保守内力与外力的总功为零， 则系统内各物体的动能和势能可以互相转换，但机械 能的总值保持不变。这一结论称为机械能守恒定律。
条件 Ae 0，Aid 0；或 Ae Aid 0
E
弹 p1
1 2
kx02
如果物体因惯性继续下降的微小距离为h，并且
以这最低位置作为重力势能的零位置，那么，系统
初时的重力势能为
E
重 p1
mgh
守恒定律
系统在这初始位置的总机械能为
E1＝Ek
1＋E
弹 p1＋E
重 p1
1 2
mv
2 0
1 2
kx02
mgh
在物体下降到最低位置时，物体的动能 Ek，2 系0统
定律 EKa EPa EKb EPb
或 E EK EP 常量
能量守恒定律
2. 能量守恒定律
一个孤立系统经历任何变化时，该系统的 所有能量的总和是不变的，能量只能从一种 形式变化为另外一种形式，或从系统内一个 物体传给另一个物体。这就是普遍的能量守 恒定律。
守恒定律
例题3-5 起重机用钢丝绳吊运一质量为m 的物体，以 速度v0作匀速下降，如图所示。当起重机突然刹车时， 物体因惯性进行下降，问钢丝绳再有多少微小的伸长？ (设钢丝绳的劲度系数为k，钢丝绳的重力忽略不计)。 这样突然刹车后，钢丝绳所受的最大拉力将有多大？
T
x0
G
h
v0
守恒定律
解 我们考察由物体、地球和钢丝绳所组成的系统。 除重力和钢丝绳中的弹性力外，其它的外力和内力都 不作功，所以系统的机械能守恒。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
势能
•做功与路径无关，只与起点、终点位置有关 m b
F
A F dr
a
b
L1
a
a
F dr
b
L2
（路径L1） （路径L2）
•对沿闭合路径运动一周的物体做功为零 F dr 0
L
否则为非保守力（耗散力）
2. 势能
凡保守力的功均可表示为与相互作用物体相对位置 有关的某函数在始末位置的值之差，我们将该函数定 义为此物体系的势能。
保守力 重力 势能（E p ） 势能零点 势能曲线 Ep 0 Ep
mgh
1 kx 2 2
mM G r
h=0 x=0
h
弹力
0 引力
x
r
r=∞
Ep 0
3. 保守力与相关势能的关系：
1）凡保守力都有其相关势能,势能属于物体系, 保守力为该势能系统的内力。 2）保守力的功等于其相关势能增量的负值。
A保 Ep Ep2 Ep1 Ep1 Ep2
弹簧伸长 0.1 m 得
k
M
S
ห้องสมุดไป่ตู้
F
物体上升 0.1 m
缓慢下拉:每时刻物体处于平衡态
k x (0<x≤0.1m) 前0.1m为变力 F= k x0 =Mg (0.1<x≤0.2m) 后0.1m为恒力
0.1
A
F
kxdx Mgdx
0 0.1 .1 0.2 kx 2 |0 Mgx | 0 0.1
F保 grad Ep Ep
Ep Ep Ep x i y j z k
指向势能降低最快的方向
练习2：
一质量为 m 的人造地球卫星沿一圆形轨道运动，
（v ＜＜ c）离开地面的高度等于地球半径的二倍
（即2R）。试以 m、R、引力恒量 G、地球质量M 表示出： （1）卫星的动能； （2）卫星在地球引力场中 的引力势能； （3）卫星的总机械能。
a
a b
练习：
如图 M=2kg , k =200N.m , S=0.2m , g≈ 10m.s
-1 -2
不计轮、绳质量和摩擦,弹簧最初为自然长度， 缓慢下拉,则 AF=? 解: 用 F 将绳端下拉0. 2 m , 物体 M将上升多高?
kx0 Mg x0 0.1m S 0.2m
的选择无关。(证明见教材118页)
举例说明质点系内力做功的代数和不一定为零
v
0
M
f
m c
N
f
v c
N
s
s
Af Af 0
AN AN 0
什么条件下,一对内力做功为零? •作用点无相对位移 •相互作用力与相对位移垂直 注意： 对刚体： A 内 0
注 意
Fi内 0
A总=A1+A2+…….
2） 功是过程量 与作用点的位移相关
一个力所做的功与参考系的选择 相关，是相对量。
h
v
例如图中
地面系：AG≠0；电梯系：AG=0 mg
3） 一对作用力与反作用力做功的代数和不一定为零 力作用点的位移不一定相同 *质点系内力做功的代数和不一定为零
*一对作用力与反作用力做功的代数和与参考系
?
第二篇 实物的运动规律 第六章 能量 能量守恒定律
第六章第一讲
本章共1讲
第六章 能量 能量守恒定律
在牛顿以前很久，已经有一些有胆识 的思想家认为，从简单的物理假说出发， 通过纯逻辑的演绎，应当有可能对感官所 能知觉的现象作出令人信服的解释。但是， 是牛顿才第一个成功地找到一个用公式清 楚表述的基础，从这个基础出发，他能用 数学的思维，逻辑地、定量地演绎出范围 很广的现象，并且能同经验相符合。 －－－爱因斯坦（1879－1955）
a
直角坐标系： F Fx i Fy j Fz k dr dxi dyj dzk
b b b
dA F dr Fxdx Fydy Fzdz
a a
总功：
A dA Fcosds F dr
Fx dx Fy dy Fz dz
M O R
F
2R
m
r
解：
F
M O R
m
v c , 非相对论问题
mM v2 G m 2 3R 3 R 1 GmM 2 Ek mv 2 6R
r
①
2R
mM mM ② E p G 2 dr G r 3R 3R
0.2
k
M
S
3J
1 2
3. 计算重力、弹力、引力的功
h h1 m
h2 o
mg
k
m
o F
o x1
x x
o
F
x2
x
M
m F r
r
o
共同特点： 1）做功与路径无关，只与起、末点位置有关。 2）做功等于与相互作用物体的相对位置有关的某 函数在始末位置的值之差。
二、保守力
1. 保守力
i
I i内 0
i
i
M i内 0
A
i
i内
0
2.变力的功
ds
P
dr
微元分析法：
b F
取微元过程
P
r
r
o
以直代曲
以恒代变
再求和
a
ds
P
dr
b F
元功：
P
r
r
o
dA F dr F dr cos Fcosds
提出自学要求，学生自学 并完成作业和自学报告，
自学 第六章
总结 讨论
总结、习题课（2学时）
作业
结构框图
动 能 动 能 变化率 动能 定理 功能 原理 机械能守恒 定律 能量守恒定律
功
保守力 势 能
重点:
概念：动能，功，保守力，势能，
规律：动能定理，功能原理，机械能守恒定律
难点：转动动能，变力的功，一对力的功，势能曲线，
复杂问题的分阶段求解，三个守恒定律的综合应用
一. 功
力对空间累积
F
中学：恒力作功
F
A F S cos F S
s
扩展：1.功的概念；2.变力的功；3.保守力的功 1.功的概念 1）功是标量 （代数量） A>0 力对物体做功
A<0
A=0
物体反抗阻力做功
力作用点无位移 力与位移相互垂直
物体在场中某点的势能等于将物体从该点移到零 势点过程中保守力做的功。
3）
保守力为其相关势能梯度的负值:
F
θ
dA F dl Fl dl dE p
dE p Fl dl
l
m
dl Fl
保守力在 l 方向投影
E p 在 l 方向 空间变化率