能量数值的相对性.pdf

1、能量数值的相对性能量数值的相对性 一、问题的提出一、问题的提出 1、唐*老师提出问题的依据： （0）能量是物体做功的本领的描述 （1）物体具有速度时能对外做功，所以有速度的物体具有能量，这种能量叫做动能 （2）形变物体能对外做功，所以形变物体具有能量，这个能量叫做弹性势能 2、唐*老师得出的结论和问题： （1）弹簧原长时弹性势能只能是零，因为弹簧原长时不能对外做功；物体速度为 0 时，物体动能为 零，因为物体不能对外做功。 （2）能量是多少，就是多少，不能人为规定一个能量为零的状态后再确定能量的数值。 所以，有人提出势能的数值取决于势能零值状态的规定时，他觉得这是不科学的。 二、问题的解决二、

2、问题的解决 1、能量的定义问题 能量并非物体做功的本领，而是物体的一个状态参量（状态函数） ，这个状态参量具有守恒性这 个守恒性严格的表述是一个物体的能量的变化和其他物体的能量的变化是相反数；在一个变化过程中，某 个物体在某个状态下的能量值是多少，取决于能量零点的规定，规定好零值状态后，我们可以根据能量守 恒（能量的变化量）进而确定任意状态下能量的数值。 能量和功的关系是：在力学问题中，能量的变化量可以用功的数值来量度，在热学中，能量的变化用 热量来量度，在电路中，电能的损耗可用电功来量度。从功能关系，我们只能计算能量的变化量，而不能 确定某个状态下能量的具体数值，能量的具体数值，还是取决于能

3、量零点的规定。 功的定义：力学问题中， “功是物体能量变化的量度” 。研究对象能量变化了多少，就说其他物体对研 究对象做了多少功；其他物体对研究对象“输入”能量，就说是其他物体对研究对象做正功，其他物体从 研究对象“拿走”能量，就说其他物体对研究对象做负功。由此可见，能量不是用功来定义的，恰恰相反， 功是用能量来定义的。 2、能量的数值的确定 物体处于某一状态时，某种形式能量的具体数值的取决于零值状态的规定；零值状态规定好后，可用 一个从零值状态变化到现在状态的过程，用能量守恒或者功能关系来确定现在状态的能量的具体数值。 （1）动能的数值 动能定理表达式为： kk2k1 WEEE 总 ，由牛顿

4、第二定律易得： 22 21 11 cos 22 F lmvmv 合 ，那 么动能的表达式就是 2 k 1 2 Emv吗？这不一定！动能的表达式也可能是 2 k0 1 2 EmvE，即有： 22 2010 11 cos()() 22 F lmvEmvE 合 公式 2 k0 1 2 EmvE中，v 取零时，得到物体速度为 0 时的动能为 E0。这个的数值 E0可以规定为 0， 也可以规定为一个非零值，但是由 2 k0 1 2 EmvE可以看出，E0是动能的最小值，不可能还有比 E0更小 的动能了。 （2）弹性势能的数值 势能定理表达式为： pp1p2F WEEE ，由功的计算式，易得： 22 12

5、 11 22 F Wkxkx，同理，弹 性势能的表达式为 2 p0 1 2 EkxE，即势能定理表达式具体化为： 22 1020 11 ()() 22 F WkxEkxE 公式 2 p0 1 2 EkxE中，弹簧形变量 x 取零时，即得到弹簧原长时的弹性势能为 E0。这个的数值 E0 可以规定为 0，也可以规定为一个非零值，但是由 2 p0 1 2 EkxE可以看出，E0是弹性势能的最小值，不 可能还有比 E0更小的弹性势能了。 （3）物体总能量的数值 很多老师以为是 2 Emc，其实，由相对论，我们我们只有 2 Emc 、 2 0 EmcE这两个表达 式， 2 Emc不过是规定 m=0 时取

6、 E0=0 的结果。如果取 m=0 时 E0为一个非零值，则任何物体的能量都 不可能低于 E0，E0成了物体能量的下限，这跟绝对零度是一样的（这个温度下限的数值是人为规定的 由温标确定） 。 3、物理经济学 物理学中约定俗成的规定：物体速度为 0 时，物体动能为 0；弹簧处于原长时，弹性势能为 0；物体 质量为 0 时，物体总能量为 0。这个规定，不过是选取了一个最简洁的零点状态而已。物理学家们始终在 追求物理学理论的简洁性（这样在计算处理中最利于分析和计算） ，这种追求是物理学家的经济算计的结 果。 说明：本文收录于陈恩谱老师物理原来可以这样学说明：本文收录于陈恩谱老师物理原来可以这样学2018 年年 8 月第一次修订版。月第一次修订版。