力学知识结构图
力
的概念
定义 力是物体对物体的作用。所以每一个实在的力都有
施力物体和受力物体
三要素 大小、方向、作用点
矢量性 力的矢量性表现在它不仅有大小和方向,而且
它的运算符合平行四边形定则。
效果 力的作用效果表现在,使物体产生形变以及改变物
体的运动状态两个方面。
力的合成与分解 一个力的作用效果,如果与几个力的效
果相同,则这个力叫那几个力的合力,那几个力叫这个力的分力。
由分力求合力的运算叫力的合成;由合力求分力的运算叫力的分解。
重力 由地球对物体的吸引而产生。方向:总是竖直向下。大小G =mg 。g 为重力加速度,由于物体到地心的距离变化和地球自转的影
响,地球周围各地g 值不同。在地球表面,南极与北极g 值较大,赤道g 值较小;通常取g=9.8米/秒2。
重心的位置与物体的几何形状、质量分布有关。 任何两个物体之间的吸引力叫万有引力,2
R Mm G
F
= 。通常取引力常量G =6.67×10-11牛·米2/千克2。物体的重力可以认为是
地球对物体的万有引力。
弹力 弹力产生在直接接触并且发生了形变的物体之间。支持面上作用的弹力垂直于支持面;绳上作用的弹力沿着绳的收缩方向。 胡克定律F=kx ,k 称弹簧劲度系数。
滑动摩擦力 物体间发生相对滑动时,接触面间产生的阻碍相对滑动的力,其方向与接触面相切,与相对滑动的方向相反;其大小f=μN 。N 为接触面间的压力。μ为动摩擦因数,由两接触面的材料和粗糙程度决定。
静摩擦力 相互接触的物体间产生相对运动趋势时,沿接触面产生与相对运动趋势方向相反的静摩擦力。静摩擦
力的大小随两物体相对运动的“趋势”强弱,在零和“最大静摩擦力”之间变化。“最大静摩擦力”的具体值,因两物体的接触面材料情况和压力等因素而异。
摩擦力
三
种常见的力
牛顿第一定律 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。
物体的这种性质叫做惯性。惯性是物体的固有属性,衡量惯性的大小的物理量是质量。
牛顿第二定律 物体加速度的大小跟它所受合外力的大小成正比,跟物体的质量成反比。加速度的方向与合外力
方向相同。表达式F 合=ma ,其中F 单位:牛(N );m 单位:千克(kg );a 单位:米/秒2(m/s 2)。意义:力是改变物体运动状态的原因。
牛顿第三定律 两个物体间相互作用力与反作用力,总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。 (作用力与反作用力同时产生,同时消失,是同种性质的力,它们分别作用在不同的物体上,不存在“平衡’问题。)
牛
顿运动定律
功 功是能量转换的量度,即:有功必有能量形式的转换.做了多少功就有多少能量发生了形式转换。大小:W=FScos α
(两个要素: ①力 ②力方向上有位移)单位:焦(J )
正功 :表示动力功(即力与位移夹角小于900。) 负功:表示阻力功(即力与位移夹角大于900。)
功率 平均功率t
W
P = 单位:瓦(焦/秒) 即时功率P=FVcos α,单位:瓦(焦/秒)
动能 物体由于运动所具有的能
2
2
mv
E K =。 (动能是运动状
态的函数,是标量)
动能定理 合外力所做的功等于
物体动能的变化。表达式
W=E K2—E K1
(动能定理适用于变力做功的过程)
势能 由于物体之间相对位置和
物体各部分间相对位置决定的能叫势能。
重力势能 E P =mgh h 为物体
距零势能位置的高度。零势能位置可依具体问题解题方便而定,故重力势能的大小只有相对的意义。重力势能的变化表示了重力做功的多少。
弹性势能 物体由于发生弹性形
变而具有的能。
机械能守恒定律(动能和
势能统称机械能)
在只有重力做功的情形下,物体的动能和重力势能发生相互转化,但机械能的总量保持不变。 同样,在只有弹力做功的情形下,物体的动能和弹性势能发生相互转化,机械能总量也保持不变。
冲量 力和力的作用时间的乘积
叫做力的冲量 单位 牛·秒。冲量的方向,即力的方向。
动量 物体的质量和速度的乘积叫做动量 单位:千克·米/秒。动量的方向,即速度的方
功和能
动量定理 物体所受合力的冲量
等于物体的动量变化。 表达式Ft=P 末-P 初
系统动量守恒定律 系统不受外力或者所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变
冲
量和动量
运
动和力
匀变速直线运动
基本公式:V t =V 0+at
S=V 0t+
2
1at 2 as V V t 2202+= 2
0t
V V V +=
运动的合成与分解 已知分运动求合运动叫运动的合成,已知合运动求分运动叫运动的分解。运动的合成与分解遵守平行四边形定则
平抛物体的运动
特点:初速度水平,只受重力。
分析:水平匀速直线运动与竖直方向自由落体的合运动。 规律:水平方向 Vx = V 0,X=V 0t
竖直方向 Vy = gt ,y =
22
1gt 合 速 度 V t =
,2
2y x V V +与x 正向夹角tg θ=
x
y V v
匀速率圆周运动
特点:合外力总指向圆心(又称向心力)。 描述量:线速度V ,角速度ω,向心加速度α,圆轨道半径r ,圆运动周期T 。
规律:F= m r V 2=m ω2
r = m
r T 2
24π 简谐运动 物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比,并且总是指向平衡
位置的回复力作用下的振动,叫做简谐振动。 振动图线
描述量:振幅A ,周期T ,频率f (=
T
1
)。 相关物理量的周期性变化:位移、回复力、即时速度、即时加速度,动能与势能等。
单摆周期公式:T=2π
g
i 机械波 振动在媒质中传播形成波;媒质各点都在各自平衡位置附近振动但不随波形一起迁移,波是能量传递的一种形式。
波形图线
描述量:波幅A ,波长λ,波速V ,周期T ,频率f 。 描述公式:V=
T
λ
=λf
波的形式:横波和纵波。
阻尼振动、受迫振动
振幅逐渐减小的振动叫阻尼振动。 振幅保持不变的振动叫无阻尼振动或等幅振动。
物体在周期性外力(驱动力)作用下的振动叫受迫振动。
受迫振动,稳定后的频率等于驱动力的频率,而当驱动力的频率接近振动物体的固有频率时,受迫振动振幅增大的现象叫共振。
干涉 波的叠加:两列波重叠区域,任何一点的位移等于两列波引起的位移的矢量和。
二列频率相同、振动方向相同的波相遇,使媒质中有的地方振动加强,有的地方振动减弱,且加强与减弱部分相间隔的现象叫波的干涉。
干涉是波特有的现象。
衍射 波传播过程中遇到孔和障碍物时,绕过孔和障碍物的现象叫波的衍射。发生明显衍射的条件是孔、障碍物的尺寸与波长可比拟。
衍射是波特有的现象。
物
体 的 运 动
A 0 t/s
X/cm T
λ
x/cm y/cm A 0
V 天体运动问题分析
ma R GMm =2 R v m R GMm 2
2
= R m R GMm 2
2ω= R T m R GMm 2
2
2??
? ??=π
光学知识结构图
几何光学光的直线传播
(均匀介质)
光的反射
光的折射
本影半影日食月食小孔成像
真空中光速 c = 3.0×108米/秒
反射定律入射线、反射线与法线共面,
且分居法线两侧,入射角=反射角。
平面镜成像特点:成虚像;像与物等大
小,正立,且与镜面位置对称。
折射定律光线从第一种媒质射入第
二种媒质时,入射线、折射线与法线共
面,且分居法线两侧;入射角(i)与
折射角(r)正弦的比值为一常量n,n=
r
i
sin
sin
(n由两种媒质种类决定),称为
第二种媒质对第一种媒质的折射率。
如第一种媒质是空气或真空,n又称为
第二种媒质的折射率。
全反射现象光线从空气
或真空中射向其它媒质(n密
>n疏)时,当入射角大于等于
临界角C时,折射光线完全
消失,反射光最强.这种现象
叫做全反射。SinC=
n
1
光的色散一束白光通过三
棱镜后发生色散,形成按一定
次序(红、橙、黄、绿、蓝、
靛、紫)排列的光谱。
色散现象表明:白光是由各种
单色光组成的复色光,同种媒
质对不同色光的折射率不同,
对紫光折射率最大,对红光折
射率最小。
棱镜光从玻璃棱镜的一
个侧面射入,从另一个侧面
射出时,出射光线跟入射光
线相比,向底面偏折。
全反射棱射横截面是
等腰直角三角形的棱镜
叫全反射棱镜。
光的本性
光谱
光的波动性
光的粒子性
发射光谱由发光物体直接产生
的光谱叫发射光谱。
吸收光谱连续光谱中某些波长
的光被物质吸收后产生的光谱叫
吸收光谱
光的干涉
光的衍射
双缝干涉
薄膜干涉
干涉的应用
光电效应在光的照射
下,物体发射电子的现
象叫光电效应。光电效
应的特点:①入射光的
频率必须大于被照射金
属的极限频率,才可以
发生;②光电子的最大
初动能随入射光的频率
增大而增大;③光电子
的发射是光照瞬间进行
的;④光电流的强度与
入射光强度成正比。
光子光在空间传播不
是连续的,是一份一份
的,每一份叫做一个光
子。光子的能量E=hv,
h=6.63×10-34焦·秒,
称普朗克常量。
爱因斯坦的光电方程:
hv-W=
2
1
mv2,其中W
为逸出功,
2
1
mv2为光
电子最大初动能。
光的波粒二象性光既有波动性,又有
粒子性,故认为光具有波粒二象性(这
里的波动性和粒子性都是微观世界中的
意义)。
电磁波谱无线电波、红外线、可见光、
紫外线、伦琴射线、r射线,由低频到高
频,构成了范围非常广阔的电磁波谱。
连续光谱由连续分布的一切波
长的光组成的光谱。
明线光谱(线状谱)由一些不
连续的亮线组成的光谱。
各种元素都有一定的线状谱,元
素不同,线状谱也不同,故线状
谱又称原子光谱。
光谱分析根据光谱来鉴别质和确定它
的化学组成,这种方法叫光谱分析。做
光谱分析时,可利用明线光谱也可以利
用吸收光谱。
热学、原子物理知识结构图
分子动理论
物质是由大量的分子组成的 ①油膜法测分子的直径
②分子直径数量级10-10m ,分子质量数量级10-
26kg
③阿伏伽德罗常数 N A =6.02×10 23mol -
1。
分子永不停息地做无规则运动,实验基础 ①扩散现象;②布朗运动
分子间存在相互作用力
分子间引力和斥力同时存在,都随距离增大而减小。
r 0=10-
10m ; r = r 0时,f 引=f 斥;r >r 0时,f 引>f 斥;r <r 0时,f 引<f 斥。 分子的动能: 分子由于热运动而具有的能量;由温度T 决定
分子的热能:分子间由相互作用力和相对位置决定的能量:与体积V 有关 物体的内能:组成物体的所有分子的动能和势能的总和;与T 、V 有关
物体的内能
改变内能的物理过程
做功——内能和其他形式的能相互转化
热传递——物体之间(或物体各部分间)内能的转移
W+Q=ΔE
能量守恒定律
分子动理论
热和功
原子物理
电子的发现 原子的结构
汤姆生模型
a 粒子散射实验 实验的结果是:绝大多数a 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进,少数a 粒子发生了较大的偏转,极少数a 粒子偏转角超过了90°,极个别的甚至被弹回,偏转角几乎是180°
天然放射线
α射线: α粒子流。α粒子就是氦原子核,贯穿本领小,电离作用强。 β射线:高速电子流。β粒子就是电子,贯穿本领强,电离作用弱。 Υ射线:波长极短的电磁波。贯穿本领很强,电离作用很小。
原子核的衰变 指原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化。
半衰期 指放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。
人工核转变
发现质子
H
O He N 1117842147+→+
发现中子 n C He Be 1
01264294+→+
原子核的组成 原子核由质子和中子组成,质子与中子统称核子。具有相同质子数和不同中子数的原子之间,互称同位素。
核力 指把各种核子紧紧地约束在原子核里的力。
核能 指原子核转变中释放(或吸收)的能量。
质能方向 E=mc 2,指出物体具有的能量和它的质量之间的关系。由质能方程可以根据原子核转变中发生的质量亏损Δm ,计算出所能释放的核能ΔE(Δm ·C 2)。
重核裂变
如:→+n U 1023592 n Xe Sr 1013654903810++一个铀核裂变时,放出的几个中子如能再引起其他铀核裂变,就可以使裂变不断地进行下去,这称为链式反应。 轻核聚变
如:n He H H 10423121+→+(需几百万度高温条件),利用上述反应,均可释放出巨大的核能。
卢瑟福核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核叫原子核,原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量,带负电的电子在核外绕核旋转。
玻尔理论
1、原子只能处于一系列不连续的能量状态中,这些状态称为定态。
2、原子从一种定态跃迁到另一种定态时,辐射(或吸收)一定频率的光子。光子的能量 hv=E 初-E 终。(各定态的能量值叫能级。)
3、原子的不同能量状态与电子沿不同半径圆轨道绕核运动相对应。能量不连续,故可能的电子轨道也不连续。
电磁学知识结构图
电荷的 电势能
库仑定律
公式 F=k
2
21r q q
适用于真空中的点 电荷之间
多个点电荷平衡
定义:E=
q
F
,E 与F 、q 、无关。 矢量性:方向规定为正检验电荷受力的方向。
单位:牛顿/库仑或伏/米。
电源
电阻 电场强度
电场线
意义:①电场线疏密表示强度大小;②电场线方向表示正检验电荷受力方向;③电场线方向是电势降落最快的方向; ④电场线与等势面处处垂直。
点电荷场强 E=k
2
r Q
匀强电场场强 E=d
U
带电粒子在电场中的运动 加速:Uq=ΔE k 匀强场中偏转侧移:
y=
2
1·m Eq ·t 2
(V 0⊥E)
电势 U=
q
ε 单位:伏(焦/库)
电势差
U AB =U A -U B =
q
W AB
电场力的功
W AB =U AB ·q 特点:只与首末 位置有关,而与路径无关
电容器 C=
U
Q
单位:法(库/伏) 平行板电容C=
kd
πε4 电场
电路
力的特性
能的特性
电动势 ε=
q
W 内电阻
串、并联关系
串联 并联 I=I 1=I 2=… I=I 1+I 2+… U=U 1+U 2+… U=U 1=U 2=… R=R 1+R 2+…
++=2
1111R R R 欧姆定律 I=R
U
电阻定律 R=ρ
S
L 闭合电路欧姆定律
电流形式 I=
r
R +ε
电压形式 ε=U+U ′
功率形式 I ε=IU+I 2r
电功 W=IUt
电功率 P=IU 电热 Q=I 2Rt
欧姆表
磁场
磁场的 产 生
磁场的 性 质
永磁体磁场 电流磁场
磁感强度
磁通量
直线电流磁场
通电螺线管磁场
磁通密度
B=
S
φ 单位:韦伯/米2(特)
定义 B=
IL
F 单位:特(牛/安·米)或韦伯/米2 矢量性:B 的方向即磁场方向,B 、F 、L 的方向关系由左手定则确定。
磁感线 意义:①磁感线的疏密表示磁场强弱;②磁感线的方向表示磁场方向。
安培力 F=BIL
方向:左手定则 洛仑兹力 f=BqV
方向:左手定则
带电粒子在磁场中的运动
只受洛仑力,且
0V
⊥B 时有:
BqV=m R V 2
R=
Bq mv ,T=Bq
m
π2 电磁感应
产生 条件
自感与 互 感
导体切割磁感线运动
穿过闭合电路所围面 积中磁通量发生变化
法拉第电磁感应定律㈠
法拉第电磁感应定律㈡
大小:ε=BLV 方向:右手定则 大小:ε=n t
??φ
方向:楞次定律
自感现象 互感现象
变压器
21U U =2
1
n n P 出=P 入(理想变压器)
交变电流
即时值 U=U m sin ωt I=I m sin ωt
有效值 U=
2
m U I=
2
m I
周期、频率、角频率 T=
ω
π
21=
f 电学
磁
学
带电粒子在电磁 复合场中的运动