青海湟川中學(xué) 馬 騫

運(yùn)動，是一種涉及體力和技巧的由一套規(guī)則或習(xí)慣所約束的行為活動。現(xiàn)實(shí)世界中的物體是一直在運(yùn)動的，運(yùn)動就會產(chǎn)生能量。所有的物體都在進(jìn)行運(yùn)動，那么看得見的物體在運(yùn)動，看不見的物體也在運(yùn)動，所有物體的運(yùn)動都需要依靠能量來完成，需要從一種能量轉(zhuǎn)換到另一種能量，需要受到的力對物體進(jìn)行做功。能量這個(gè)詞是托馬斯·楊于1807年在倫敦國王學(xué)院講自然哲學(xué)時(shí)引入的，針對當(dāng)時(shí)的“活力”或“上升力”的觀點(diǎn)，提出用“能量”這個(gè)詞表述，并和物體所作的功相聯(lián)系，但未引起重視，人們?nèi)哉J(rèn)為不同的運(yùn)動中蘊(yùn)藏著不同的力。物體在運(yùn)動時(shí)就會產(chǎn)生能量，能量（energy）是物質(zhì)的基本單元在空間中的運(yùn)動周期范圍的測量。

1831年法國學(xué)者科里奧利又引進(jìn)了力做功的概念，并且在“活力”前加了1/2系數(shù)，稱為動能，通過積分給出了功與動能的聯(lián)系。1853年出現(xiàn)了“勢能”，1856年出現(xiàn)了“動能”這些術(shù)語。直到能量守恒定律被確認(rèn)后，人們才認(rèn)識到能量概念的重要意義和實(shí)用價(jià)值。能量守恒，是物理學(xué)名詞。能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能由一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，而且能量的形式也可以互相轉(zhuǎn)換。這就是人們對能量的總結(jié)，稱為能量守恒定律。

一、能量

（一）能量的簡介

能量是物質(zhì)運(yùn)動轉(zhuǎn)換的衡量準(zhǔn)則，簡稱“能”。任何物體都會產(chǎn)生運(yùn)動，每一個(gè)物體也都有自己的能量，在物體運(yùn)動過程中物體在進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)移。在物質(zhì)的一切屬性中，運(yùn)動是最基本的屬性，其他屬性都是運(yùn)動的具體表現(xiàn)。能量是表征物理系統(tǒng)做功的本領(lǐng)的量度。能量是物質(zhì)所具有的基本物理屬性之一，是物質(zhì)運(yùn)動的統(tǒng)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(zhì)的不同運(yùn)動形式分類，能量可分為機(jī)械能、化學(xué)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(yīng)或化學(xué)反應(yīng)而相互轉(zhuǎn)化。能量是所有物體產(chǎn)生運(yùn)動的依靠，因?yàn)槲矬w存在能量才會發(fā)生變化。那么物體的運(yùn)動形式不同就會產(chǎn)生不同的能量。物體在做機(jī)械運(yùn)動的時(shí)候就會產(chǎn)生機(jī)械能，生物質(zhì)在運(yùn)動過程中就會產(chǎn)生化學(xué)能，分子在運(yùn)動過程中就會產(chǎn)生熱能，電子在運(yùn)動過程中就會產(chǎn)生電能。

（二）常見的幾種能量

1.動能。

動能是物體由于作機(jī)械運(yùn)動而具有的能，以m為質(zhì)量的物體以速率v運(yùn)動時(shí)，它的動能為

2.重力勢能。

重力是保守力。質(zhì)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(fā)展歷史

能量是物體運(yùn)動的基礎(chǔ)，每個(gè)物體在運(yùn)動過程中會產(chǎn)生不同形式的能量，但是總體的能量是不發(fā)生變化的，不同能量之間相互轉(zhuǎn)化。這樣的能量轉(zhuǎn)化伴隨著物體的運(yùn)動，符合自然物理規(guī)律，可以解釋任何物體的運(yùn)動。

（一）能量守恒定律的理論體系

物體是運(yùn)動的，每一個(gè)物體都會產(chǎn)生能量，而在物體運(yùn)動過程中的每個(gè)時(shí)刻，都有能量的轉(zhuǎn)移，在運(yùn)動過程中能量是多種多樣的。物體在進(jìn)行運(yùn)動過程中，各種能量之間會相互轉(zhuǎn)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(nèi)容。能量不會產(chǎn)生也不會消失，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)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(dá)式為：E1=ΔE -ΔΕ

其中Ε1表示狀態(tài)1產(chǎn)生的能量，表示Ε2狀態(tài)2產(chǎn)生的能量，這個(gè)定律表示了一個(gè)物體從狀態(tài)1運(yùn)動到狀態(tài)2產(chǎn)生的能量是相等的，物體從狀態(tài)1運(yùn)動狀態(tài)2增加的能量等于減少的能量，所以能量沒有發(fā)生變化，能量是守恒的。

（二）能量守恒定律的發(fā)展歷史

一般一個(gè)定律發(fā)展的歷史都是比較長時(shí)間的。而能量守恒定律也是經(jīng)過很長時(shí)間的，人們根據(jù)這個(gè)觀察與發(fā)現(xiàn)一點(diǎn)一點(diǎn)地發(fā)現(xiàn)這個(gè)規(guī)律然后總結(jié)這個(gè)規(guī)律。18世紀(jì)與19世紀(jì)之交，各種自然現(xiàn)象之間的相互轉(zhuǎn)化相繼發(fā)現(xiàn)：在熱向功的轉(zhuǎn)化和光的化學(xué)效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)之后，1800年發(fā)現(xiàn)了紅外線的熱效應(yīng)。電池剛發(fā)明，就發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)和電解現(xiàn)象。1820年，發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。1821年發(fā)現(xiàn)熱電現(xiàn)象，1834年發(fā)現(xiàn)其逆現(xiàn)象。1843年，英國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家焦耳進(jìn)行了更多的工作，測定了更精確的當(dāng)量值。1850年，發(fā)表的結(jié)果是：“要產(chǎn)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(jī)械功。”焦耳的工作，為“力的守恒”原理奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。德國科學(xué)家亥姆霍茲于1847年發(fā)表了著作《論力的守恒》。提出了一切自然現(xiàn)象都應(yīng)該用中心力相互作用的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動來解釋。

（三）能量是通過做功來傳遞的

物體在運(yùn)功過程中，會產(chǎn)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(shí)現(xiàn)能量之間的傳遞的。比如爬樓梯，人因?yàn)橛兄亓?，重力就會對人做功，也會有重力勢能，人發(fā)生運(yùn)動就會產(chǎn)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?yàn)橹亓菽苁且恢弊兓?，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?yàn)橛兄亓?，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(jìn)行轉(zhuǎn)化成動能，因此下樓梯會感覺輕松，因?yàn)橹亓菽軠p小，但是總能量不變，轉(zhuǎn)化成動能，因此人會比較輕松。上樓梯，人會感覺比較辛苦，因?yàn)橹亓菽茉黾樱瑫寗幽苻D(zhuǎn)化成重力勢能，因此人會比較累，是因?yàn)槿诵枰龀鰟幽芩枰哪芰俊?/p>

三、能量守恒定律的應(yīng)用

（一）在機(jī)械運(yùn)動中的能量守恒定律

在物體發(fā)生機(jī)械運(yùn)動中，物體會產(chǎn)生動能，之后會將動能轉(zhuǎn)換成熱能。由于物體的能量是固定不變的，因此系統(tǒng)在發(fā)生運(yùn)動過程中就會產(chǎn)生相對應(yīng)的力，力會做功產(chǎn)生能量，那么外力所做的功就是物體動能發(fā)生改變的部分。在物體做機(jī)械運(yùn)動中，會產(chǎn)生外力，就會做功，物體就會產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)移和變換，但是總體的能量是不發(fā)生變化的。在機(jī)械運(yùn)動當(dāng)中，物體運(yùn)動產(chǎn)生的能量，會轉(zhuǎn)化會其他形式的能量，而總的能量保持不變，因此這個(gè)能量守恒定律是通用的，在物體運(yùn)動當(dāng)中，能量在發(fā)生變化，只是因?yàn)槲矬w受到外力而對物體做功，剛好做功體現(xiàn)了能量的變化。

（二）在分子熱運(yùn)動中的能量守恒定律

分子因?yàn)槭軣岫a(chǎn)生運(yùn)動，那么分子系統(tǒng)就會產(chǎn)生內(nèi)能，而能量是守恒的，所以內(nèi)能和其他能量之間是相互轉(zhuǎn)化的，能量的轉(zhuǎn)化是通過分子運(yùn)動發(fā)熱來傳遞的。因此在分子熱運(yùn)動當(dāng)中，每個(gè)分子都可以是單獨(dú)的物體，每個(gè)分子都保持能量守恒，而在分子熱運(yùn)動中，可以將整個(gè)運(yùn)動的分子作為整個(gè)系統(tǒng)來看，系統(tǒng)也是能量守恒的，內(nèi)部的能量也是在進(jìn)行轉(zhuǎn)化的，因?yàn)槊總€(gè)分子之間都有一種作用力，因此整個(gè)系統(tǒng)受到所有分子作用的合力，就會對物體做功，就會產(chǎn)生能量的變化。

四、結(jié)語

一切物體都是在運(yùn)動的，那么運(yùn)動就會存在能量，物體在任何狀態(tài)下的能量都是守恒的，所以任何一個(gè)狀態(tài)下能量都是相等的，那么各個(gè)時(shí)刻物體的各種能量之間就會存在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。因?yàn)槟芰靠梢栽谌魏畏矫?，所以在各個(gè)時(shí)刻各個(gè)狀態(tài)下物體的能量都是相等的，所以物體的能量只會是轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化。

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