解读能量守恒定律

一、能量的形式

一切物体都具有能量，能量是物理学的基本概念，对应物质的各种运动形式，能量有各种不同的形式.初中阶段我们主要接触到的是以下几种能量：

机械能：机械能是动能与势能的总和.动能：物体由于运动而具有的能，一切运动的物体都具有动能.势能分为重力势能和弹性势能.重力势能：物体由于被举高而具有的能；弹性势能：物体由于发生形变而具有的能.

内能：内能是一种与热运动有关的能量.我们把物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能.一切物体都具有内能.

化学能：化学能是物体发生化学反应时所释放的能量，只有在发生化学变化的时候才释放出来，变成内能或者其他形式的能量.

光能：光能是由太阳、蜡烛等发光物体所释放出的一种能量形式.

电能：是指电做功（即产生能量）的能力.日常生活中使用的电能主要来自其他形式能量的转化，包括水能（水力发电）、内能（火力发电）、核能（核能发电）、风能（风力发电）、化学能（电池）及光能（光电池、太阳能电池等）等.电能也可转换成其他我们所需的能量形式.

核能：由于原子核内部结构发生变化而释放出的能量.例如重核裂变、轻核聚变时释放的巨大能量.

此外，自然界中还有着其他各种形式的能，如：地热能、潮汐能、声能、电磁能等.各种不同形式的能之间可以相互转化，同种形式的能也可以在物体之间进行转移，人们利用能的过程实际就是能量的转化和转移的过程.

二、能量守恒定律

能量守恒定律指出：“自然界的一切物质都具有能量，能量既不能创造也不能消灭，而只能从一种形式转化成另一种形式，从一个物体转移到另一个物体，在能量转化和转移过程中能量的总量恒定不变.”要理解“能量守恒定律”就要理解“能量守恒定律”中的“转化”“转移”和“守恒”这几个关键的词：

1.“转化”

能量的“转化”是指一种形式的能转变为另一种形式的能.当能量发生转化时一定表现为：一种形式的能减少而变化成另一种形式的能，则另一种形式的能增大.

2.“转移”

能量的“转移”则是指一种形式的能在物体与物体间，或同一物体的不同部分间发生了数量的变化，即增加与减少，而没有形式的变化.

3.“守恒”

在能的转化和转移过程中，能的总量是保持不变的，即转化和转移前总的能量等于转化和转移后的各种能量之和.

对于机械能间的转化，在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，其机械能的总量保持不变.如果还有弹性力做功的情况下，物体则发生动能、重力势能和弹性势能之间的相互转化，其机械能的总量依然保持不变，这就是机械能守恒定律.

三、能量转化的一般规律

1.能量的转移和转化具有方向性

自然界中一切实际变化过程都具有方向性，朝某个方向的变化可以自动发生，相反方向的变化却是受到限制的，是不可逆性的.

例如，热量只能自动地从高温物体转移到低温物体，反之要想使热量自动地从低温物体转移到高温物体是不可能的.汽车制动时，由于摩擦机械能转化为内能，这些内能不能自动地再次开动汽车.植物在生长的过程中，总是按照生根、开花、结果这样的方向进行的，而不可能相反.

2.在能的转化和转移过程中，能的总量是保持不变的，但是在同时转移和转化过程中必定伴随着能量的耗散，即能量转移和转化到其他地方去了，所以有用的能量会减少.

例如，在电水壶烧水的过程中，有一部分能量会转移到空气和电水壶中去，但能的总量是不变的，即消耗的电能=水吸收的热量+空气和水壶等吸收的热量，所以水吸收到的热量小于消耗的电能.热机在工作过程中，由于汽缸的摩擦，排出的尾气等带走了一部分能量，所以获得的机械能小于燃料燃烧时所释放出的内能.

四、典型例题

例1 指出下面几个过程中，哪些是能的转移，哪些是能的转化，如果是能的转化，指出是什么能转化为什么能.

（1）利用液化气做饭 ；

（2）利用电炉取暖 ；

（3）用冰块降温 ；

（4）炮弹从炮筒中射出去 .

解析 在判断能量是发生了转移还是转化时，我们首先要看能量的形式是否发生改变.如果能量的形式不变，则物体间能量发生了转移；如果能量的形式发生了改变，则物体间能量发生了转化.

答案 （1）液化气具有的是化学能，燃烧释放出内能，所以液化气燃烧是化学能转化为内能.

（2）电炉消耗电能，产生内能，所以利用电炉取暖是电能转化为内能.

（3）用冰块降温，热量从高温物体转移到低温物体冰块上，能量的形式没有发生变化，所以是能量的转移.

（4）炮弹的发射是通过火药燃烧产生高温高压燃气把炮弹推出去的，所以是化学能转化为内能，再转化为机械能.

例2 冬天烤火的时候，人们燃烧煤等燃料获得内能，火炉把这些能量

传给周围空气，这些能量 自动聚集起来再次利用.以上现象说明能量的转移和转化具有 ，并非所有的能量都可以利用，但能的总量 .

解析 本题考查能量守恒定律及能量转移和转化的方向性，能量守恒定律告诉我们能量总量是不变的，说明能量是不能被创造或消灭的，但方向性告诉我们有用的能量会越来越少的.

燃料燃烧产生了高温气体，热量只能自动地从高温物体转移到低温物体，所以这些能量是自动传给周围的空气，同时这些能量不能自动聚集起来再次利用，这说明了能量的转移和转化是具有方向性和条件限制的，根据能量守恒定律，能量转化和转移时能的总量不变.

答案 自动、不能、方向性、保持不变.

例3 如图为乒乓球在水平地面上弹跳时产生轨迹的一部分，该图表明（ ）.

A.在图中乒乓球的弹跳方向为自右向左

B.乒乓球弹跳时机械能守恒

C.乒乓球某次弹起过程中，弹起瞬间的动能大于此过程最高点时的重力势能

D.乒乓球在B点时的动能和在C点时的动能大小相同

解析 由于存在摩擦和碰撞，一部分的机械能转化为内能，在空气中散失，机械能不守恒.但在整个过程中，能的总量是保持不变的，只是有一部分机械能转化为了内能，所以机械能在不断减小.

A.从图可知，乒乓球的弹跳高度自左向右越来越低，机械能越来越小，所以在图中乒乓球的弹跳方向为自左向右，故A错.

B.由于与空气的摩擦，在弹跳的过程中机械能转化为内能，所以机械能逐渐减小，故B错.

C.如果不计摩擦，乒乓球某次弹起过程中，机械能应守恒，弹起瞬间的动能应等于此过程最高点时的重力势能.但由于摩擦，上升过程中存在能量的损耗，所以弹起瞬间的动能大于此过程最高点时的重力势能，故C正确.

D.机械能=动能+势能.由于乒乓球弹跳过程中存在摩擦，一部分机械能转化为内能，机械能在不断减小，所以B点具有的机械能大于C点的机械能，又由于B、C在同一高度上，B、C两点的重力势能相等，故B点的动能应该大于C点的动能，故D错.答案C.