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_高中物理概念物理力学直线运动一、匀速直线运动质点：有质量的点。物理模型概念：物体在任意相等的时间内位移相等的直线运动公式：（位移和速度是矢量，速度的方向与位移相同，但速度的大小与位移和速度无关，与其比值有关。位移:矢量，从起点到终点的距离大小且方向从起点指向终点。）速率：速度的大小二、时间与时刻时间：过程量。指一段时刻变化。如：第一秒，（第）二秒内等都是时间。时刻：瞬间量。指一点时刻。如：（第）一秒末等。三、瞬时速度、平均速度与平均速率瞬时速度：概念：运动的物体在某一时刻或某一位移时的速度（是矢量）。公式： 平均速度：公式：平均速率：概念：路程与时间的比值。公式：四、匀加速直线运动概念：直线运动的物体,若在相等的时间内,速度变化量都相等的运动加速度: 概念：在匀变速直线运动中，其速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值。 符号与单位：a（m/s2）。公式：（其中：vt表示末速度，v0表示初速度） 方向：加速度是一个矢量，其方向与速度的变化量相同。在此，需要点明的是：若a的值为正，则物体做加速运动，若a的值为负，则物体做减速运动，若a的值为零，则物体做匀速运动。速度公式：（a0）。由此可得，匀变速直线运动的v-t图为一条倾斜直线。位移公式：（a0）。由此可得，匀变速直线运动的s-t图为一条抛物线。同时位移公式也可以写成。速度平方差公式： 初速度为零的比例公式： n秒末的速度比（或第n秒末的瞬时速度）： n秒内的位移比： 第n秒内的位移比： 第n段位移的时间比： 前n段位移的时间比： 第n秒内的平均速度比：自由落体运动： 概念：一个物体不受任何阻力，只在重力作用下而下落的运动。 重力加速度：使物体受到地球对其的吸引产生的力叫重力，由重力产生的加速度叫重力加速度。它是个常量，又称重力常数。其数值约为g=9.8m/s2，常在题目中取10m/s2。 公式：。 竖直上（下）抛运动：物体以某一初速度沿竖直方向上或下抛出（不考虑空气阻力），物体只在重力作用下所做的运动,叫做竖直上（下）抛运动。其公式为：（以竖直向上为正方向）。竖直上（下）抛运动最大高度，其所用的时间。竖直上抛运动中上升时和下降时有对称性，即：上升和下降时间相等，整个运动的初末速度相等，方向相反（不计空气阻力）。 若有某物体以恒定加速度a做匀加速直线运动，其正中间t（s）内通过位移为s（m），则总位移S一定是。有初速度的匀加速直线运动的物体，在任意相等的时间内的位移之差相等，即：。由此可知A秒内与B秒内位移差公式为：附：匀加速直线运动的物体，若初速为v0，末速为vt，那么其中间位移速度为。静力学基础一、力概念：力是物体对物体的作用。其作用效果为： 使受力物体发生形变 使物体的运动状态发生改变。力的三要素：力的大小，方向，作用点。二、重力概念：物体受到地球对其的吸引产生的力公式：作用点与方向：作用点为重心，方向竖直向下。三、弹力和摩擦力形变分类： 弹性形变：受力后能恢复到原来形状的形变 范性形变：受力后不能恢复到原来形状的形变。弹力：概念：物体由于发生弹性形变而产生的力。在此需要指出：弹力的施力物体是发生形变的物体，而受力物体是使前者发生形变的物体。弹力的方向：总是由发生形变的物体指向使前者发生形变的物体。公式（胡克定律）：。其中，k为物体（一般是弹簧）的劲度系数，单位是：N/m。x为物体形变的改变量。摩擦力滑动摩擦力： 一个物体在另一个物体非光滑表面上作相对运动时，受到的另一个物体阻碍它相对滑动的力。其方向与相对运动方向相反，作用点可画在重心。 公式：f=N（其中，f是滑动摩擦力，N为正压力（弹力），为动摩擦因数。）静摩擦力：一个物体在另一个物体非光滑表面上静止，但有相对运动趋势时，所受到的另一个物体阻碍它相对滑动的力。其方向与相对运动趋势方向相反，作用点可画在重心。其大小与受力情况有关。静摩擦力的最大值约等于滑动摩擦力的大小。(最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，但计算时可忽略。)另外，运动中的物体可能受到静摩擦力。四、矢量特性矢量：既有大小，又有方向的物理量。矢量特性：任何矢量都遵守数学上的向量法则。矢量的正交分解（如右图）：物体受到多个矢量作用时求其矢量合，可将各个矢量沿两个相互垂直的方向进行分解，然后再分别沿这两个方向求出矢量合。在此，值得注意的是，对于方向选择，需尽可能使落在坐标轴上的矢量更多。五、力的合成与分解力的合成：合力与分力：一个力产生的效果等价于几个其它力的效果，那么这一个力就叫做几个其它力的合力，那几个力就叫做这个力的分力。合力公式：，其中角是F1与F2的夹角。其合力与分力的夹角。合力的范围是。力的分解：即力的合成的逆运算，一般可以按其力产生的效果来分解。六、共点力的平衡共点力：一个物体受到几个外力的作用，如果这几个力有共同的作用点或者这几个力的作用线(或其延长线)交于一点的这几个外力共点力。（平衡物体的力学性质）共点力的性质：共点力作用下物体的平衡状态是静止或匀速直线运动，共点力作用下物体的平衡条件是物体所受合外力为零。转动平衡： 力矩：概念：在初中，我们学过杠杆原理。在高中，我们将杠杆原理中力F与力臂L的乘积称为力对转动轴（也可说是杠杆）的力矩，并用M表示力矩。公式：。单位是牛米，符号是Nm。方向：力矩是矢量，在中学里，我们只考虑平面转动。所以，我们规定：逆时针力矩为正，顺时针力矩为负。 力矩平衡及其条件：力矩平衡：指转动轴处于静止或匀速转动状态下的平衡。力矩平衡条件：，即：。顺时针力矩和逆时针力矩的判断：将力的作用点与转动轴相连，并将力沿连线方向和垂直连线方向分解，然后判断此力产生的力矩方向（如图所示杠杆，F1使得杠杆逆时针转动，F2使得杠杆顺时针转动）。动力学基础一、牛顿第一定律(Newtons first law)概念：任何物体在不受任何外力的作用下，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。牛顿第一定律的基本理论是由伽利略的惯性原理加以完善而成的，所以我们将上述的性质叫做惯性，牛顿第一定律又叫做惯性定律。二、牛顿第二定律(Newtons second law)概念：物体的加速度跟物体所受的合外力F成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟其合外力的方向相同。公式：。这样可看出： 图像都是一条过原点的直线。推论1：，此公式是推论公式，不可在解题时直接用。推论2：质点组牛顿第二定律方程：概念：有两个物体质量为m1、m2，在互相作用中所受的外力之合为，内力之合相互抵消为零。公式：，此公式是推论公式，不可在解题时直接用。静力学与动力学中各物理量的关系： 加速度与力：加速度始终与力的方向相同。力与加速度有瞬时性。若一个物体有加速度，那就一定有力作用。如果力消失，加速度也立即消失。力是产生加速度的原因。 速度与力：速度与力的方向不一定相同，可能与力的方向成任意角度。三、牛顿第三定律(Newtons third law)概念：物体在任何场合下都有一对大小相等方向相反的互相作用力。互相作用力与平衡力的异同点： 相同点：两力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。 不同点：互相作用力作用于不同物体上，其作用效果不可抵消，其两力的性质一定相同。一对平衡力作用于同一物体上，其作用效果可以抵消，其两力的性质不一定相同。四、超重与失重概念：超重：物体对支持物的力F大于物体所受重力的现象。失重：物体对支持物的力F小于物体所受重力的现象。公式：超重：F-mg=ma。失重：mg-F=ma。超重与失重的基本规律：超重的物体，其加速度向上，常见的匀变速直线运动为匀加速上升和匀减速下降。失重的物体，其加速度向下，常见的匀变速直线运动为匀加速下降和匀减速上升。曲线运动与天体运动一、曲线运动曲线运动： 概念：物体运动轨迹是曲线的运动。（常见的曲线运动有斜抛运动、平抛运动以及匀速圆周运动。在中学阶段只学习后两者。）条件：物体所受的合外力与其速度的方向不在同一直线上。曲线运动的轨迹与各矢量的关系：曲线运动的物体所受合外力及加速度方向总是指向该曲线的凹侧（即：提供向心力），其速度方向是沿该点的切线方向，其轨迹被合力与速度夹在其中。设合力与瞬时速度夹角为，则当90时，物体运动速率减小。运动的合成与分解：在运动学中除时间外，其他物理量皆为矢量，所以：它们都遵守数学上的向量法则以及正交分解。二、平抛运动概念：物体以一定的初速度v0沿水平方向抛出，如果物体仅受重力作用，这样的运动叫做平抛运动。实质以及性质：实质：水平方向的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动的合运动。性质：其所受合外力为恒力，其运动轨迹为抛物线，是匀变速曲线运动。公式：基本公式：速度公式：。速度的方向是该点在抛物线上的切线方向，它与水平方向成的角的大小为。位移公式：。轨迹公式：。速度角与位移角的关系：三、匀速圆周运动、向心力和向心加速度描述圆周运动的物理量：线速度：质点经过的圆弧长度l与所用的时间t之比就是质点的线速度大小，用表示；其公式为；单位是m/s；其方向就是质点所在圆周位置的切线方向。角速度：质点所在的半径转过的角度与所用的时间t之比就是质点的角速度大小，用表示；其公式为；单位是rad/s；读作弧度每秒。（注：弧度制规定：等于半径长的圆弧所对的圆心角叫做1弧度的角。所以，其中r是该圆半径。）周期：质点做匀速圆周运动时，沿着圆周运动一周所用的时间叫做匀速圆周运动的周期，用符号T表示。周期与角速度的关系：；周期与线速度的关系：。转速：质点做匀速圆周运动时每秒转过的圈数，就叫做匀速圆周运动的转速，用符号n表示。转速的单位是r/s（读作转每秒）。1r/s=60r/min。转速与线速度、角速度和周期的关系：。线速度和角速度的关系：，其中r是该圆半径。匀速圆周运动：如果做圆周运动的质点的线速度大小保持不变，或者说在相等时间内通过的圆弧长度相等，这种圆周运动就叫做匀速圆周运动。向心力：概念：能够使质点做匀速圆周运动的力方向：总是指向圆心，与质点速度方向垂直特性：向心力只改变速度的方向，而速率不变。向心力公式：。向心加速度：概念：表示做匀速圆周运动的质点速度方向变化快慢的物理量。方向：总是指向圆心，与质点速度方向垂直。向心加速度公式：。四、竖直面内的圆周运动与凹凸桥面模型竖直面内圆周运动的实质和特点：实质：对于竖直面内的圆周运动，由于竖直面上总有一个物体重力或其分力在影响合外力的大小与方向，所以它不是匀速率的圆周运动，而是一个变加速圆周运动。这个运动由于合外力大小与方向不定，所以我们学要用之后的机械能守恒定律来求解，但我们现在至少可以求出最高、最低点的线速度和受力情况。特点：对于没有支撑物的物体做的竖直面内圆周运动，有一个物体重力或其分力作用，所以必有一个极限小速度，使得物体能够达到最高点。由在最高点的向心力大于或等于重力大小（），则其临界速度公式为：（即：能够达到最高点的v的范围是。）；其支持力。对于有支撑物的物体做的竖直面内圆周运动，支撑物能产生对物体的拉力或支持力，所以其临界速度大小为零；而就是界定支撑物产生的力的方向的界限：当时，物体受向上的弹力，大小为；当时，物体不受弹力；当时，物体受向下的弹力，大小为。凹凸桥面模型：实际上凹凸桥面模型相当于有支撑物的竖直面内圆周运动，详解如上。五、天体运动定律开普勒定律：开普勒第一定律（也称椭圆定律）：每一个行星都沿各自的椭圆轨道环绕太阳，而太阳则处在椭圆的一个焦点中。开普勒第二定律（也称面积定律）：在相等时间内，太阳和运动着的行星的连线所扫过的面积都是相等的。开普勒第三定律(也称周期定律)：各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。万有引力定律：概念：自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与两物体的质量的乘积成正比，与两物体间距离（这里是指两均匀物体重心之间的距离）的平方成反比。公式：（其中G是万有引力常数，其值为6.6710-11Nm2/kg2）推论（不可在解题中直接使用）：中心天体质量公式：（其中G是万有引力常数，R是绕中心天体运行的行星轨道半径。）天体密度公式（其中G是万有引力常数，Tmin是中心天体自转周期。）对于万有引力的理解： 重力与万有引力的关系：重力与万有引力方向的比较及规律：重力和地球向心力是地球万有引力的两个分力，地球万有引力的方向总指向地心，而重力并不一定指向地心，并且其与万有引力的夹角比较小，只有在地球两极（在两极时，万有引力只有重力提供）和赤道上万有引力和重力完全重合。由此可见：重力加速度随纬度变高而增大，赤道上的最小。黄金代换式：由于重力与地球万有引力大小相差不大，所以可认为两者相等，得出黄金代换式：，同样这公式也适用于测量其他星球的重力加速度。 人造卫星问题：宇宙速度：第一宇宙速度是指在地面附近绕地做匀速圆周运动的速度，其大小为7.9km/s；第二宇宙速度是指挣脱地球引力环绕太阳做匀速圆周运动的速度，其大小为11.2km/s；第三宇宙速度是指挣脱太阳引力飞向星际空间的速度，其大小为16.7km/s；若速度小于第一宇宙速度，则飞不出地球；若速度大于第一宇宙速度而小于第二宇宙速度，则绕地球做椭圆运动；若速度大于第二宇宙速度而小于第三宇宙速度，则绕太阳做椭圆远动。人造卫星绕地时其轨道半径应不小于，离地高度应不小于（其中R是地球半径，G是引力恒量，g是重力常数，T是绕地周期，M是地球质量。）卫星种类：第一种是近地卫星，其绕地线速度是第一宇宙速度，即：；第二种是同步卫星，其周期等于地球自转周期，其轨道半径一定是，其离地高度一定是，其线速度一定是。其轨道必须在赤道面上，方向与地球自转方向相同随轨道半径各物理量的变化规律：当卫星在太空中绕地做圆周运动时，其重力、向心力和万有引力是同一个力，卫星处于完全失重状态。所以由（其中m是卫星质量，M是地球质量），推出，所以轨道半径越大，向心力、向心加速度、线速度和角速度都减小，而周期变大。双星问题：双星：相距较近，仅在彼此引力下运动的两颗恒星叫做双星系统。环旋双星系统：若两颗恒星都绕着它们连线上的某一点匀速旋转，那么它们就在环旋。环旋双星系统的质量与距中心旋点的距离的乘积相同，即：，它们的总质量等于（r，R分别是两颗恒星距中心旋点的距离）。 机械振动与机械波的性质一、机械振动概念：质点在某一平衡位置附近受到回复力的作用来回做往复运动。它也是一种周期运动。描述机械振动的物理量：振幅：振动质点离开平衡位置的最大距离。振幅是标量，符号是A，单位为米（m）。振幅描述了物体振动幅度的大小和振动的强弱。全振动：振动的质点从某一位置出发第一次回到该位置，且其各物理量大小和方向都相同的过程。振动物体一次全振动所经过的路程为4倍的振幅（4A）。周期：完成一次全振动的时间。符号为T，单位是秒（s）。频率：单位时间内完成全振动的次数。符号为f，单位是赫兹（Hz），它与周期的关系为。机械振动的图像： 概念：反映振动质点（振子）在不同时刻的位移的图像。振动图线是一条正（余）弦曲线。通常用横轴t表示时间，用纵轴x表示振子偏离平衡位置的位移。 图像中能直接读出的物理量（如下图）：振幅A。周期T，即OB的长。 由图中可知矢量方向：位移：在第一象限，位移总是为正方向；在第四象限，位移总是为负方向。加速度和力：总是指向平衡位置。速度：某一时刻质点的速度方向总指向下一时刻质点所在的位置。值得注意的是，当振子远离平衡位置时，加速度和力的方向与速度方向相反；当振子靠近平衡位置时，加速度和力的方向与速度方向相同。二、简谐运动概念：若某质点受到的回复力总与其偏离平衡位置的位移成正比，方向总是指向平衡位置的机械振动。回复力：概念：振动物体所受到的使振子返回平衡位置并总指向平衡位置的力。其作用是使振子返回平衡位置。公式：，其中k是回复力与位移的比例系数，在弹簧振动中k就是劲度系数。回复力总是与位移方向相反。简谐运动的周期：公式：。由此可见，简谐运动的周期以及频率与振幅无关。三、单摆单摆： 概念：一根长度不变，质量可忽略的细绳下系一个可忽略体积的小球（或质点），组成的一个系统。当它的绳与竖直面偏角小于5时，可看作简谐运动。单摆的回复力是摆球重力的切向分力。 等时性：单摆的周期与振幅无关。当绳长一定时，周期是个定值。 单摆的周期公式：，其中l是绳长，g是重力加速度。 单摆的回复力公式：，其中回复力方向与位移方向相反。单摆的两个等效：等效摆长：摆长l是指摆动圆弧的圆心到摆球的中心的距离。等效重力加速度：重力加速度g在某些情况下应理解为单摆系统整体所受加速度，若处于完全失重状态，则单摆静止。单摆的能量特征：只有重力做功，所以机械能守恒。四、波的性质（波可以分为两类，分别是机械波和电磁波，在此我们学习机械波）波的形式： 横波：质点的振动方向与波传递方向垂直的波（所有电磁波以及部分机械波都是横波）。 纵波：质点的振动方向与波传递方向在同一直线上的波（部分机械波如声波等是纵波）。机械波： 概念：机械振动在介质中的传播。 产生条件：波源：产生机械波的物体。介质：传播机械振动的物质。（机械波在真空中不能被传播，而电磁波可以。） 实质：机械波传播的是波源在机械振动中产生的能量和它的振动形式，且介质中的各质点不随波传递而迁移。已经形成的波的传递与波源无关，即：传入介质中的波具有独立性。 波长：概念：在波的图像中，偏离平衡位置的位移和速度总相同的两个相邻质点间距离，用符号表示，单位是米（m）。波速：概念：单位时间内波传递的距离，用v表示，单位是米每秒（m/s）。波速公式：。但波速只由介质决定，频率只由波源决定。波的图像：概念：反映各质点在同一时刻由波传递造成不同位移的曲线。其描述的是不同质点共同产生的图像，而振动图像是同一质点不同时间产生的图像。波的图像是一条正（余）弦曲线。通常用横轴x表示在波传递方向上介质质点振动的平衡位置，用纵轴y表示介质质点偏离平衡位置的位移。波传递在图像上的表示为平移。波传递方向与质点振动方向的判定（如下图）：图线可将图像分为两块，若波传动方向在图线的一侧，则其质点振动方向也在这一侧（它们互相垂直）。此法叫做“同侧法”。起振方向的判定：我们首先定义在波传递中由波源发出的第一个振点为起振点。因为起振点是距离波源最远的，所以可根据靠近起振点的图像形状用同侧法判断起振方向。五、波的传播波的反射和折射定律波的反射：概念：波在传播过程中，遇到两不同密度介质的分界时，又返回原介质的现象。特点：反射角等于入射角，且波长、频率和波速不变。波的折射：概念：波在传播过程中，通过两不同密度介质时，波速方向改变的现象。折射定律：发生折射的波，其入射波和折射波的波速之比等于入射角和折射角的正弦之比。即：。波的叠加、干涉和衍射 机械功与机械能一、机械功（机械功和冲量分别是力对空间和时间产生的积累效应。）机械功和功率：机械功的概念：力作用在物体上且物体在力的方向上有位移，那么就说：力对物体做了功。（这个力是恒力。）功是个标量，是力对空间的积累效应。公式为。对于机械功公式的理解：在公式W=Fscos中表示位移与力的夹角，当cos0，则力对物体做正功；当cos=0时力不做功；当cos0，力对物体做负功（值为负值），这个说法等价于物体克服力做功（值为正值）。当一个不变大小只变方向的力对物体做功，且其路径总是与力的方向相切，则其功的大小等于力与路径的乘积，表达成公式就是：。功率的定义：单位时间内所做的功叫功率。其公式为，这个公式没有表达出正比反比关系（因为这是定义式）。功率公式也可写成，其中是速度与力的夹角。实际功率与额定功率：实际功率：机械在实际情况下的功率。额定功率：机械在正常情况下的最大功率。当某车在消耗额定功率（或在匀速直线运动中）的情况下，阻力（此时阻力等于牵引力）与最大速度成反比，即：。发动机问题：以恒定（额定）功率启动，即P恒定，而要速度v变大，由可得，其牵引力F逐渐变小，假定摩擦力不变则F合=F-f变小，加速度变小，速度增加变慢，即物体做减加速直线运动，但总有一时刻，F=f，此时开始匀速直线运动，速度达到最大值即。所以，v-t图像是一个递增凸函数和v=vmax的分段函数图像。v-t图像如下图所示。以恒定牵引力启动，即F恒定，假定摩擦力不变则F合不变，加速度恒定，物体做匀加速直线运动，但总有一个时刻，功率P达到了额定功率，就要减小牵引力来增大速度，此时速度可用之后学的动能定理来解。v-t图像如下图所示。斜面摩擦力做的功：对于一个物体在支持力无改变的情况下，从斜面无或有初速的下滑，假定摩擦因数为，斜面长在水平面的投影为S，则摩擦力做的功Wf=mgS。流体功率公式：。其中是流体（平均）密度，s是流体通过的横截面积，v是流体速度。二、机械能（机械能是能的一种，能就是如果有力对物体做功，那么这个物体就具有了能。能中比较特殊的就是动能(Ek)和势能了，其中势能分类较多，如：重力势能(Ep)、弹性势能(Ep)、引力势能(Ep)及电势能(Eq)等）概念：动能与重力势能和弹性势能的总和。动能：概念：物体由于运动而具有的能。公式：。动能定理：概念：作用在物体上合外力所做的功等于物体动能增量。也可以说成：作用在物体上各力所做的功之和等于物体动能增量。公式：。 动能定理的应用：对于动能定理，可以说是物理运动学上的一个伟大杰作，它有效减少了牛顿第二定律繁琐的步骤。例如：在之前提到的机械功中，其力是一个恒力（大小及方向均不变），而对于