2016高考理綜復習方法總結：能量轉化與守恒

2016-01-21 16:08:55超級學團文章作者：高學宇

　　作者標簽：數理全能腦洞大開性格開朗

　　"能量不會憑空產生也不會憑空消失它只會從一個物體轉移到另一個物體，或者從一種形式轉化為另一種形式，而在轉化或轉移的過程中，總能量保持不變"這個Helmholtz提出的能量守恒定律作為物理學中的三大守恒（另外兩個試動量守恒和角動量守恒）是我們耳熟能詳的，來看看我們能從這個定律中挖出什么有趣的東西。

　　我們所遇見的各種關于能量的問題，本質都是能量轉化的問題，同時遵循能量守恒，而能量轉化一般通過力做功來實現，求一個力做功的一般表達式如下：

　　W=（F(x)為F在x方向上的分量）

　　下面我們來看幾個常見的模型：

　　（1）無外力做功的一維諧振子模型；

　　彈簧一端固定在墻上，另一端連著一個物塊，放在光滑的地面上，即為無外力做功的一位諧振子。現將物塊沿彈簧方向拉出一定距離后松開物塊，我們來看下此后的情形：物塊會沿著彈簧方向做簡諧振動，從平衡位置即彈簧長度為原長開始，物塊動能減少，彈簧彈性勢能增加，到最大位移處物塊動能最小為0，彈簧彈性勢能最大，返回平衡位置的過程能量變化與之相反，在平衡位置，動能最大，彈性勢能為0。整個過程中動能和勢能的和不變。如果把t1時刻動能記作T1，勢能記作V1,t2時刻動能記作T2,勢能記作V2，則有以下能量守恒表達式：

　　T1+V1=T2+V2

　　（2）摩擦力做功模型：

　　物塊以某個初始動能在某不光滑平面上自由滑動，這個過程中多了摩擦力，然而能量依然守恒，只是摩擦力做的功都轉化成了內能，運動過程中，動能減少。內能增加，總能量不變。記t1時刻動能為T1，內能為W1，t2時刻動能為T2，內能為W2，初始動能為T0則有：

　　T1+W1=T2+W2=T0

　　W1，W2分別等于從初始時刻到t1，t2時刻摩擦力做的功

　　（3）熱力學系統中的能量守恒：

　　熱力學第一定律：熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體也可以與機械能或其他能量互相轉換，但在轉換的過程中能量的總值保持不變。此定律可以看做熱現象中的能量守恒。假設現在我們有一個熱力學系統1，內能為U1，經過一段時間的演化變成狀態2，內能為U2，此過程中系統從環境中吸收能量為Q，系統對環境做的功為W，則由能量守恒為：

　　U1+Q-W=U2

　　擴展：為何物理學中直說能量守恒而不說質量守恒？

　　反應前后質量守恒，這個說法看起來非常合理，然而也僅僅限于某些情形（包含宏觀尺度），到了微觀尺度中，質量是不一定守恒的，而造成質量不守恒的原因就在于Einstein提出的質能方程E=mc^2，在原子核的相互反應中都會伴隨著質量損耗，而損耗的這部分質量就變成了能量；另一個例子：正電子和負電子相遇會湮滅，產生光子和大量能量，光子的質量是0，質量依然不守恒。