馬騫

運(yùn)動(dòng)，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(dòng)。現(xiàn)實(shí)世界中的物體是一直在運(yùn)動(dòng)的，運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生能量。所有的物體都在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，那么看得見的物體在運(yùn)動(dòng)，看不見的物體也在運(yùn)動(dòng)，所有物體的運(yùn)動(dòng)都需要依靠能量來(lái)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(duì)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(guó)王學(xué)院講自然哲學(xué)時(shí)引入的，針對(duì)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(dòng)中蘊(yùn)藏著不同的力。物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)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(dòng)周期范圍的測(cè)量。

1831年法國(guó)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(dòng)能，通過(guò)積分給出了功與動(dòng)能的聯(lián)系。1853年出現(xiàn)了“勢(shì)能”，1856年出現(xiàn)了“動(dòng)能”這些術(shù)語(yǔ)。直到能量守恒定律被確認(rèn)后，人們才認(rèn)識(shí)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(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(duì)能量的總結(jié)，稱為能量守恒定律。

一、能量

（一）能量的簡(jiǎn)介

能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的衡量準(zhǔn)則，簡(jiǎn)稱“能”。任何物體都會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)物體也都有自己的能量，在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dòng)是最基本的屬性，其他屬性都是運(yùn)動(dòng)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(dòng)的統(tǒng)一量度。能量的單位與功的單位相同，在國(guó)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(dòng)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(guò)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(dòng)的依靠，因?yàn)槲矬w存在能量才會(huì)發(fā)生變化。那么物體的運(yùn)動(dòng)形式不同就會(huì)產(chǎn)生不同的能量。物體在做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械能，生物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生化學(xué)能，分子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生熱能，電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生電能。

（二）常見的幾種能量

1.動(dòng)能。

動(dòng)能是物體由于作機(jī)械運(yùn)動(dòng)而具有的能，以m為質(zhì)量的物體以速率v運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的動(dòng)能為[Ek12mv2]。

2.重力勢(shì)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(shì)能位置，則物體在髙度h處所具有的重力勢(shì)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(dòng)的基礎(chǔ)，每個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)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(dòng)，符合自然物理規(guī)律，可以解釋任何物體的運(yùn)動(dòng)。

（一）能量守恒定律的理論體系

物體是運(yùn)動(dòng)的，每一個(gè)物體都會(huì)產(chǎn)生能量，而在物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的每個(gè)時(shí)刻，都有能量的轉(zhuǎn)移，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量是多種多樣的。物體在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，各種能量之間會(huì)相互轉(zhuǎn)化，但是能量是固定不變的，也不會(huì)減少和增多。

1.能量守恒定律的內(nèi)容。能量不會(huì)產(chǎn)生也不會(huì)消失，它只會(huì)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(guò)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增-ΔΕ減]

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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)時(shí)間的。而能量守恒定律也是經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)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(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家焦耳進(jìn)行了更多的工作，測(cè)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(guó)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(dòng)來(lái)解釋。

（三）能量是通過(guò)做功來(lái)傳遞的

物體在運(yùn)功過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的力，那么力就會(huì)對(duì)物體做功。而能量是守恒的，那么能量就是通過(guò)做功來(lái)實(shí)現(xiàn)能量之間的傳遞的。比如爬樓梯，人因?yàn)橛兄亓Γ亓蜁?huì)對(duì)人做功，也會(huì)有重力勢(shì)能，人發(fā)生運(yùn)動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)能。由于能量守恒定律就可以得出重力對(duì)人做的功就是改變的動(dòng)能，因?yàn)橹亓?shì)能是一直變化的，因此重力勢(shì)能的增量和動(dòng)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?duì)于物體做功，重力勢(shì)能也會(huì)變小，因此重力做功就會(huì)使能量之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，因此下樓梯會(huì)感覺輕松，因?yàn)橹亓?shì)能減小，但是總能量不變，轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，因此人會(huì)比較輕松。上樓梯，人會(huì)感覺比較辛苦，因?yàn)橹亓?shì)能增加，會(huì)讓動(dòng)能轉(zhuǎn)化成重力勢(shì)能，因此人會(huì)比較累，是因?yàn)槿诵枰龀鰟?dòng)能所需要的能量。

三、能量守恒定律的應(yīng)用

（一）在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的能量守恒定律

在物體發(fā)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，物體會(huì)產(chǎn)生動(dòng)能，之后會(huì)將動(dòng)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(dòng)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的力，力會(huì)做功產(chǎn)生能量，那么外力所做的功就是物體動(dòng)能發(fā)生改變的部分。在物體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，會(huì)產(chǎn)生外力，就會(huì)做功，物體就會(huì)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(dòng)當(dāng)中，物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量，會(huì)轉(zhuǎn)化會(huì)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(dòng)當(dāng)中，能量在發(fā)生變化，只是因?yàn)槲矬w受到外力而對(duì)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(dòng)中的能量守恒定律

分子因?yàn)槭軣岫a(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，那么分子系統(tǒng)就會(huì)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(guò)分子運(yùn)動(dòng)發(fā)熱來(lái)傳遞的。因此在分子熱運(yùn)動(dòng)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(dòng)中，可以將整個(gè)運(yùn)動(dòng)的分子作為整個(gè)系統(tǒng)來(lái)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(huì)對(duì)物體做功，就會(huì)產(chǎn)生能量的變化。

四、結(jié)語(yǔ)

一切物體都是在運(yùn)動(dòng)的，那么運(yùn)動(dòng)就會(huì)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(huì)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(huì)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(huì)產(chǎn)生也不會(huì)消失，在各種運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，物體會(huì)產(chǎn)生各種各樣的力，這些力對(duì)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(dòng)的一個(gè)基本規(guī)律，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，物體的各種能力之間會(huì)產(chǎn)生變化，但是總的能量保持不變，這也就是說(shuō)系統(tǒng)會(huì)什么能夠保持穩(wěn)定的原因，也就是說(shuō)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(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，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(wàn)物都是穩(wěn)定的。

（責(zé)任編輯? 袁 霜）