基于能量守恒定律的研究与分析

青海湟川中学 马 骞

运动，是一种涉及体力和技巧的由一套规则或习惯所约束的行为活动。现实世界中的物体是一直在运动的，运动就会产生能量。所有的物体都在进行运动，那么看得见的物体在运动，看不见的物体也在运动，所有物体的运动都需要依靠能量来完成，需要从一种能量转换到另一种能量，需要受到的力对物体进行做功。能量这个词是托马斯·杨于1807年在伦敦国王学院讲自然哲学时引入的，针对当时的“活力”或“上升力”的观点，提出用“能量”这个词表述，并和物体所作的功相联系，但未引起重视，人们仍认为不同的运动中蕴藏着不同的力。物体在运动时就会产生能量，能量（energy）是物质的基本单元在空间中的运动周期范围的测量。

1831年法国学者科里奥利又引进了力做功的概念，并且在“活力”前加了1/2系数，称为动能，通过积分给出了功与动能的联系。1853年出现了“势能”，1856年出现了“动能”这些术语。直到能量守恒定律被确认后，人们才认识到能量概念的重要意义和实用价值。能量守恒，是物理学名词。能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能由一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。这就是人们对能量的总结，称为能量守恒定律。

一、能量

（一）能量的简介

能量是物质运动转换的衡量准则，简称“能”。任何物体都会产生运动，每一个物体也都有自己的能量，在物体运动过程中物体在进行能量的转移。在物质的一切属性中，运动是最基本的属性，其他属性都是运动的具体表现。能量是表征物理系统做功的本领的量度。能量是物质所具有的基本物理属性之一，是物质运动的统一量度。能量的单位与功的单位相同，在国际单位制中是焦耳（J）。能量以多种不同的形式存在；按照物质的不同运动形式分类，能量可分为机械能、化学能、热能、电能、辐射能、核能。这些不同形式的能量之间可以通过物理效应或化学反应而相互转化。能量是所有物体产生运动的依靠，因为物体存在能量才会发生变化。那么物体的运动形式不同就会产生不同的能量。物体在做机械运动的时候就会产生机械能，生物质在运动过程中就会产生化学能，分子在运动过程中就会产生热能，电子在运动过程中就会产生电能。

（二）常见的几种能量

1.动能。

动能是物体由于作机械运动而具有的能，以m为质量的物体以速率v运动时，它的动能为

2.重力势能。

重力是保守力。质量为m的物体，所受到的重力是g（g=9.80665米/秒，也就是重力加速度）。如果把地面选作零势能位置，则物体在髙度h处所具有的重力势能为Ek=mgh。

二、能量守恒定律的理论体系和发展历史

能量是物体运动的基础，每个物体在运动过程中会产生不同形式的能量，但是总体的能量是不发生变化的，不同能量之间相互转化。这样的能量转化伴随着物体的运动，符合自然物理规律，可以解释任何物体的运动。

（一）能量守恒定律的理论体系

物体是运动的，每一个物体都会产生能量，而在物体运动过程中的每个时刻，都有能量的转移，在运动过程中能量是多种多样的。物体在进行运动过程中，各种能量之间会相互转化，但是能量是固定不变的，也不会减少和增多。

1.能量守恒定律的内容。能量不会产生也不会消失，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。

2.能量守恒定律。

定律的表达式为：E1=ΔE -ΔΕ

其中Ε1表示状态1产生的能量，表示Ε2状态2产生的能量，这个定律表示了一个物体从状态1运动到状态2产生的能量是相等的，物体从状态1运动状态2增加的能量等于减少的能量，所以能量没有发生变化，能量是守恒的。

（二）能量守恒定律的发展历史

一般一个定律发展的历史都是比较长时间的。而能量守恒定律也是经过很长时间的，人们根据这个观察与发现一点一点地发现这个规律然后总结这个规律。18世纪与19世纪之交，各种自然现象之间的相互转化相继发现：在热向功的转化和光的化学效应被发现之后，1800年发现了红外线的热效应。电池刚发明，就发现了电流的热效应和电解现象。1820年，发现电流的磁效应，1831年发现电磁感应现象。1821年发现热电现象，1834年发现其逆现象。1843年，英国实验物理学家焦耳进行了更多的工作，测定了更精确的当量值。1850年，发表的结果是：“要产生一磅水（在真空中称量，其温度在55°和60°之间）增加华氏1°的热量，需要消耗772英磅下落一英尺所表示的机械功。”焦耳的工作，为“力的守恒”原理奠定了坚实的实验基础。德国科学家亥姆霍兹于1847年发表了著作《论力的守恒》。提出了一切自然现象都应该用中心力相互作用的质点的运动来解释。

（三）能量是通过做功来传递的

物体在运功过程中，会产生各种各样的力，那么力就会对物体做功。而能量是守恒的，那么能量就是通过做功来实现能量之间的传递的。比如爬楼梯，人因为有重力，重力就会对人做功，也会有重力势能，人发生运动就会产生动能。由于能量守恒定律就可以得出重力对人做的功就是改变的动能，因为重力势能是一直变化的，因此重力势能的增量和动能的减量是相等的。比如人在下楼梯，那么人因为有重力，重力对于物体做功，重力势能也会变小，因此重力做功就会使能量之间进行转化成动能，因此下楼梯会感觉轻松，因为重力势能减小，但是总能量不变，转化成动能，因此人会比较轻松。上楼梯，人会感觉比较辛苦，因为重力势能增加，会让动能转化成重力势能，因此人会比较累，是因为人需要做出动能所需要的能量。

三、能量守恒定律的应用

（一）在机械运动中的能量守恒定律

在物体发生机械运动中，物体会产生动能，之后会将动能转换成热能。由于物体的能量是固定不变的，因此系统在发生运动过程中就会产生相对应的力，力会做功产生能量，那么外力所做的功就是物体动能发生改变的部分。在物体做机械运动中，会产生外力，就会做功，物体就会产生能量的转移和变换，但是总体的能量是不发生变化的。在机械运动当中，物体运动产生的能量，会转化会其他形式的能量，而总的能量保持不变，因此这个能量守恒定律是通用的，在物体运动当中，能量在发生变化，只是因为物体受到外力而对物体做功，刚好做功体现了能量的变化。

（二）在分子热运动中的能量守恒定律

分子因为受热而产生运动，那么分子系统就会产生内能，而能量是守恒的，所以内能和其他能量之间是相互转化的，能量的转化是通过分子运动发热来传递的。因此在分子热运动当中，每个分子都可以是单独的物体，每个分子都保持能量守恒，而在分子热运动中，可以将整个运动的分子作为整个系统来看，系统也是能量守恒的，内部的能量也是在进行转化的，因为每个分子之间都有一种作用力，因此整个系统受到所有分子作用的合力，就会对物体做功，就会产生能量的变化。

四、结语

一切物体都是在运动的，那么运动就会存在能量，物体在任何状态下的能量都是守恒的，所以任何一个状态下能量都是相等的，那么各个时刻物体的各种能量之间就会存在转化和转移。因为能量可以在任何方面，所以在各个时刻各个状态下物体的能量都是相等的，所以物体的能量只会是转移和转化。

能量守恒定律适用于所有物体，适用于任何状态下的物体，能量不会产生也不会消失，在各种运动当中，物体会产生各种各样的力，这些力对物体做功，从而产生各种不同能量之间的转移。能量守恒定律是物体运动的一个基本规律，在运动过程中，物体的各种能力之间会产生变化，但是总的能量保持不变，这也就是说系统会什么能够保持稳定的原因，也就是说为什么整个宇宙都是在一直存在，每个物体都在按照自己的运动轨迹运动，每一个小的物体能量守恒，那么整个系统能量守恒，乃至整个宇宙能量守恒，因此世界万物都是稳定的。