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能量的转化和守恒定律，是人类历经数世纪，总结了力学、热学、电学、磁学、化学、电化学、生物化学等诸多领域，特别是经历了力学、电磁学与热力学的多种实验及观察后，推导出来的一条适合于整个自然界的普遍性科学定律。能量的转化和守恒定律的发现，把各种自然现象用定量的规律联系起来，找到了各种现象的公共量度——能量，说明不同运动形式在相互转化中有量的共同性。能量的概念是科学中重要的概念，是物理课程标准规定的三大主题之一。用能量的观点分析物理问题，是物理学中的重要研究方法。
一、能量的转化
我们是在能的转化或转移过程中利用能量的，如打桩机的重锤从高处落下是重力势能转化为动能的过程；高温蒸汽推动发电机发电的过程是内能转化为机械能再转化为电能的过程；电能通过电动机可转化为机械能；电能通过白炽灯或荧光灯可转化为光能和内能；电能通过电解槽可转化为化学能，等等。在分析有关能量转化的问题时，关键是分析什么能在增大，什么能在减小，从而归纳出是什么能转化为什么能。
其中特别需要注意，在某些事例中，能量的转化可能是多向性的。例如从空中落下的皮球，在触地变形的过程中，动能在减小、重力势能也在减小，而弹性势能在增加，因此是动能和重力势能转化为弹性势能，其中动能转化为弹性势能占主要部分。再如物体在有空气阻力的空中下降时，物体的重力势能不但转化为动能，还有一部分重力势能由于物体与空气摩擦生热而转化为内能。
例题1说明下列过程中机械能的转化：
(1)拉开的弓将箭射出；
(2)骑自行车下坡不蹬也越来越快；
(3)悬挂的吊灯被风吹动后，来回摆动；
(4)飞行的网球碰到网球拍的网后被弹回。
分析 (1)拉开的弓具有弹性势能，射出的箭具有动能，拉弓射箭是将弓的弹性势能转化为箭的动能；(2)自行车在坡上具有重力势能，下坡过程，它的高度变小，自行车的重力势能越来越小，下坡时越来越快，说明动能越来越大，自行车的重力势能转化为动能；(3)吊灯在摆动过程中，从最低点到最高点，动能逐渐减小，重力势能逐渐变大，动能转化为重力势能从最高点到最低点则相反，是重力势能转化为动能；(4)网球接触网球拍的网后，使网形变，球减速，动能减小，而网由于形变而具有弹性势能，所以从球触网开始到球的速度为零，网形变幅度最大这段时间，是球的动能转化为网的弹性势能。球网在恢复原状的过程中，把球弹回，网，的弹性势能减小，球的动能增加，网的弹性势能转化为球的动能。
二、能量的守恒
大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。“能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，其总量保持不变。”这就是能量的转化和守恒定律。
但能量的转化过程是多种多样的，有时是很复杂的，在解这类题型时初看起来较复杂，但根据转化过程中能量守恒，就可以不需考虑作用的细节及具体过程，只需考虑过程中的有关特定状态，从而可以使复杂问题简单化。例好，迄今为止，虽然我们还没有弄清原子核内的“核力”作用的详细情况，但我们借助能量分析，已知道在原子核发生变化时可能释放出大量的能量，并利用核能来发电。
“永动机”的失败就在于它违背了能量守恒定律，任何机器在工作时由于摩擦的存在总有部分能量转化成内能以热量的形式散发到空气中去而白白损失掉，因此机器在工作时要消耗能量，而不能凭空产生能量，永动机是无法实现的。
实际生活中，光滑的斜面是没有的，物体在下滑是要克服摩擦阻力做功，一部分机械能转化为内能，使机械能减少。因此公园游乐场中的“过山车”的内环轨道总比外环轨道要低一些。
三、能量转化和转移的方向性及能量的利用率
学习能量守恒定律的时候，同学们可能会有这样的疑问：既然自然界的能量是守恒的，那么，为什么还会产生能源危机?为什么还经常说要节约能源呢?
由于我们是在能量的转化或转移过程中利用能量的，而在这个过程中，总会有一部分能量转化成热散失在周围环境中，这些能量虽然还在自然界中(遵循能量转化和守恒定律)，但却无法自动转化为其他形式的能量，因而很难或无法再利用(能量的转化和转移的方向性)。也就是说，能量经转化后，可利用的能量，只会减少，而不会增加。例如流动的水带动水磨做功，由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘、粮食的温度升高，水的一部分机械能转变成了内能。这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用，这种现象叫做能量的耗散。火炉把屋子烤暖，这时高温物体的内能变成低温物体的内能，谁也不能把这些散失的能量重新收集到火炉中再次用来取暖-我们利用能量的过程实际上就是消耗能源的过程，因此节能和如何有效地利用能源是当前重要的课题。
例题2 我们提倡用节能灯取代白炽灯，你认为有什么好处?为什么一般居民还缺乏这种意识?
分析灯是用于照明的，使用时在电能转化为光能的过程中，输出的有用能量(光能)和输入的能量(电能)之比，显然冷光源(节能灯)要高得多，因为热光源(白炽灯)有大量能量转化为内能耗散了。就能量转换效率而言，节能灯电能转化光能的效率达40％～60％，而白炽灯转化效率一般不超过15％，即使用相同电功率的灯泡，节能灯亮度大约是白炽灯的四倍，反之照明程度相同时，节能灯消耗电功率仅为白炽灯的四分之一，因此从节约能源上而言应大力提倡节能灯，同时也减少居民的电费支出。由于节能灯制造成本高，导致价格高于白炽灯，一般节能灯的价格要高于白炽灯的4～6倍；同时一般居民对节能意识的淡薄和社会对节能灯的宣传不到位，导致节能灯还不能全面推广使用。
一、能量的转化
我们是在能的转化或转移过程中利用能量的，如打桩机的重锤从高处落下是重力势能转化为动能的过程；高温蒸汽推动发电机发电的过程是内能转化为机械能再转化为电能的过程；电能通过电动机可转化为机械能；电能通过白炽灯或荧光灯可转化为光能和内能；电能通过电解槽可转化为化学能，等等。在分析有关能量转化的问题时，关键是分析什么能在增大，什么能在减小，从而归纳出是什么能转化为什么能。
其中特别需要注意，在某些事例中，能量的转化可能是多向性的。例如从空中落下的皮球，在触地变形的过程中，动能在减小、重力势能也在减小，而弹性势能在增加，因此是动能和重力势能转化为弹性势能，其中动能转化为弹性势能占主要部分。再如物体在有空气阻力的空中下降时，物体的重力势能不但转化为动能，还有一部分重力势能由于物体与空气摩擦生热而转化为内能。
例题1说明下列过程中机械能的转化：
(1)拉开的弓将箭射出；
(2)骑自行车下坡不蹬也越来越快；
(3)悬挂的吊灯被风吹动后，来回摆动；
(4)飞行的网球碰到网球拍的网后被弹回。
分析 (1)拉开的弓具有弹性势能，射出的箭具有动能，拉弓射箭是将弓的弹性势能转化为箭的动能；(2)自行车在坡上具有重力势能，下坡过程，它的高度变小，自行车的重力势能越来越小，下坡时越来越快，说明动能越来越大，自行车的重力势能转化为动能；(3)吊灯在摆动过程中，从最低点到最高点，动能逐渐减小，重力势能逐渐变大，动能转化为重力势能从最高点到最低点则相反，是重力势能转化为动能；(4)网球接触网球拍的网后，使网形变，球减速，动能减小，而网由于形变而具有弹性势能，所以从球触网开始到球的速度为零，网形变幅度最大这段时间，是球的动能转化为网的弹性势能。球网在恢复原状的过程中，把球弹回，网，的弹性势能减小，球的动能增加，网的弹性势能转化为球的动能。
二、能量的守恒
大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。“能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，其总量保持不变。”这就是能量的转化和守恒定律。
但能量的转化过程是多种多样的，有时是很复杂的，在解这类题型时初看起来较复杂，但根据转化过程中能量守恒，就可以不需考虑作用的细节及具体过程，只需考虑过程中的有关特定状态，从而可以使复杂问题简单化。例好，迄今为止，虽然我们还没有弄清原子核内的“核力”作用的详细情况，但我们借助能量分析，已知道在原子核发生变化时可能释放出大量的能量，并利用核能来发电。
“永动机”的失败就在于它违背了能量守恒定律，任何机器在工作时由于摩擦的存在总有部分能量转化成内能以热量的形式散发到空气中去而白白损失掉，因此机器在工作时要消耗能量，而不能凭空产生能量，永动机是无法实现的。
实际生活中，光滑的斜面是没有的，物体在下滑是要克服摩擦阻力做功，一部分机械能转化为内能，使机械能减少。因此公园游乐场中的“过山车”的内环轨道总比外环轨道要低一些。
三、能量转化和转移的方向性及能量的利用率
学习能量守恒定律的时候，同学们可能会有这样的疑问：既然自然界的能量是守恒的，那么，为什么还会产生能源危机?为什么还经常说要节约能源呢?
由于我们是在能量的转化或转移过程中利用能量的，而在这个过程中，总会有一部分能量转化成热散失在周围环境中，这些能量虽然还在自然界中(遵循能量转化和守恒定律)，但却无法自动转化为其他形式的能量，因而很难或无法再利用(能量的转化和转移的方向性)。也就是说，能量经转化后，可利用的能量，只会减少，而不会增加。例如流动的水带动水磨做功，由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘、粮食的温度升高，水的一部分机械能转变成了内能。这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用，这种现象叫做能量的耗散。火炉把屋子烤暖，这时高温物体的内能变成低温物体的内能，谁也不能把这些散失的能量重新收集到火炉中再次用来取暖-我们利用能量的过程实际上就是消耗能源的过程，因此节能和如何有效地利用能源是当前重要的课题。
例题2 我们提倡用节能灯取代白炽灯，你认为有什么好处?为什么一般居民还缺乏这种意识?
分析灯是用于照明的，使用时在电能转化为光能的过程中，输出的有用能量(光能)和输入的能量(电能)之比，显然冷光源(节能灯)要高得多，因为热光源(白炽灯)有大量能量转化为内能耗散了。就能量转换效率而言，节能灯电能转化光能的效率达40％～60％，而白炽灯转化效率一般不超过15％，即使用相同电功率的灯泡，节能灯亮度大约是白炽灯的四倍，反之照明程度相同时，节能灯消耗电功率仅为白炽灯的四分之一，因此从节约能源上而言应大力提倡节能灯，同时也减少居民的电费支出。由于节能灯制造成本高，导致价格高于白炽灯，一般节能灯的价格要高于白炽灯的4～6倍；同时一般居民对节能意识的淡薄和社会对节能灯的宣传不到位，导致节能灯还不能全面推广使用。