高中物理竞赛讲义全套(免费)

精品文档 1欢迎下载 目 录 中学生全国物理竞赛章程 2 全国中学生物理竞赛内容提要全国中学生物理竞赛内容提要 5 专题一 力 物体的平衡 10 专题二 直 线 运 动 12 专题三 牛顿运动定律 13 专题四 曲线运动 16 专题五 万有引力定律 18 专题六 动量 19 专题七 机械能 21 专题八 振动和波 23 专题九 热 功和物态变化 25 精品文档 2欢迎下载 专题十 固体 液体和气体的性质 27 专题十一 电场 29 专题十二 恒定电流 31 专题十三 磁场 33 专题十四 电磁感应 35 专题十五 几何光学 37 专题十六 物理光学 原子物理 40 中学生全国物理竞赛章程中学生全国物理竞赛章程 第一章 总则 第一条 全国中学生物理竞赛 对外可以称中国物理奥林匹克 英文名为 Chinese Physic Olympiad 缩写为 CPhO 是在中国科协领导下 由中国物理学会主办 各省 自 治区 直辖市自愿参加的群众性的课外学科竞赛活动 这项活动得到国家教育委 员会基础教育司的正式批准 竞赛的目的是促使中学生提高学习物理的主动性和 兴趣 改进学习方法 增强学习能力 帮助学校开展多样化的物理课外活动 活 跃学习空气 发现具有突出才能的青少年 以便更好地对他们进行培养 精品文档 3欢迎下载 第二条 全国中学生物理竞赛要贯彻 教育要面向现代化 面向世界 面向 未来 的精神 竞赛内容的深度和广度可以比中学物理教学大纲和教材有所提高 和扩展 第三条 参加全国中学生物理竞赛者主要是在物理学习方面比较优秀的学生 竞赛应坚持学生自愿参加的原则 竞赛活动主要应在课余时间进行 不要搞层层 选拔 不要影响学校正常的教学秩序 第四条 学生参加竞赛主要依靠学生平时的课内外学习和个人努力 学校和 教师不要为了准备参加竞赛而临时突击 不要组织 集训队 或搞 题海战术 以免影响学生的正常学习和身体健康 学生在物理竞赛中的成绩只反映学生个人 在这次活动中所表现出来的水平 不应当以此来衡量和评价学校的工作和教师的 教学水平 第二章 组织领导 第五条 全国中学生物理竞赛由中国物理学会全国中学生物理竞赛委员会 以下简称全国竞赛委员会 统一领导 全国竞赛委员会由主任 1 人 副主任和 委员若干人组成 主任和副主任由中国物理学会常务理事会委任 委员的产生办 法如下 1 参加竞赛的省 自治区 直辖市各推选委员 1 人 2 承办本届和下届决赛的省 自治区 直辖市各推选委员 3 人 3 由中国物理学会根据需要聘请若干人任特邀委员 在全国竞赛委员会全体会议闭会期间由主任和副主任组成常务委员会 行使全国 竞赛委员会职权 第六条 在全国竞赛委员会领导下 设立命题小组 组织委员会和竞赛办公 室等工作机构 命题小组成员由全国竞赛委员会聘请专家和高等院校教师担任 组织委员会由承办决赛的省 自治区 直辖市物理学会与有关方面协商组成 负 责决赛期间各项活动的筹备与组织工作 组织委员会主任兼任本届全国竞赛委员 会副主任 竞赛办公室是全国竞赛委员会的常设工作机构 负责处理有关竞赛的 日常事务 第七条 各省 自治区 直辖市物理学会在地方科协领导下与各有关方面协 精品文档 4欢迎下载 商组成省 自治区 直辖市中学生物理竞赛委员会 以下简称地方竞赛委员会 负责组织和领导本省 自治区 直辖市有关竞赛的各项活动 地方竞赛委员会受 全国竞赛委员 会指导 但根据本省 自治区 直辖市的具体情况 在决定有关预赛和复赛的各 项工作安排时 可以有一定的灵活性 第三章 竞赛程序 第八条 凡报名参加全国中学生物理竞赛的学生均在地方竞赛委员会指定的 地点参加预赛 预赛 笔试 由全国竞赛委员会统一命题和制定评分标准 各地 方竞赛委员会组织赛场和评定成绩 竞赛时间为 3 小时 第九条 预赛成绩优秀的学生可参加复赛 复赛的笔试题由全国竞委会统一 命题和制定评分标准 满分为 140 分 笔试时间为 3 小时 复赛实验由地方竞赛 委员会命题和评定成绩 满分为 6 分 实验时间为 3 小时 复赛实验的日期 地 点和组织办法由各地方竞赛委员会根据实际情况自行决定 参加复赛的人数不得 少于本省 自治区 直辖市参加决赛人数的 5 倍 第十条 各地方竞赛委员会根据学生复赛的总成绩 择优准荐 3 名学生参加 决赛 对于在上届竞赛中成绩较好的省 自治区 直辖市给予奖励名额 凡有 1 名学生获一等奖 就奖励 1 名 在当年举行的国际物理奥林匹克竞赛中获金 银 铜奖的学生所在省 自治区 直辖市 凡有 1 名学生获奖 也奖励 1 名 一省所 得奖励名额总数以 4 名为限 承办决赛的省 自治区 直辖市参响决赛的名额可 增加 3 名 地方竞赛委员会如认为有必要 可在复赛之后以适当的方式进行加试 以复 赛和加试的总成绩作为推荐的依据 加试满分下超过刀分 加试人数不得超过本 省 自治区 直辖市应推荐人故的 2 倍 决定进行加试的省 自治区 直辖市的 加试办法应经比方竞赛委员会讨论通过 上报全国竞赛委员会备案 并在复赛前 向全体参赛学生明确公布 若参加决赛的最后一个名额有两名以上的学生成绩相 同 则地方竞委会可对他们采取临时加试 选取成绩最好的 1 名 决赛由全国竞赛委员会命题和评定成绩 决赛包括理论和实验两部分 竞赛 时间各 3 小时 理论笔试满分为 140 分 实验满分为 60 分 在评定一等奖时 可对部分学生增加口试 口试满分为 40 分 在评选二等奖和三等奖时 口试成 绩不计人总分 精品文档 5欢迎下载 第四章 命题原则 第十一条 竞赛命题要从我国目前中学生的实际情况出发 但题目的内容不 必拘泥于现行的教学大纲和统编教材 竞赛题目既包括理论笔试题 也包括实验 操作题 既要考查学生的基础知识 又要着重考查学生的能力 以利于促进学生 用正确的方法学习物理 第十二条 预赛 复赛和决赛命题均以全国竞赛委员会制定的 全国中学生 物理竞赛内容提要 为依据 第五章 报名手续 第十三条 全国中学生物理竞赛每学年举行一次 在校中学生可向学校报名 经学校同意 由学校到地方竞赛委员会指定的地点报名 第十四条 各地方竞赛委员会按全国竞赛委员会的要求书面向全国竞赛委员 会办公室集体报名 第六章 奖励办法 第十五条 全国中学生物理竞赛只评选个人奖 不搞省 地 市 县或学校 之间的评比 根据决赛成绩 每届评选出一等奖 15 名左右 二等奖 3O 名左右 三等奖 60 名左右 由全国竞赛委员会给予奖励 在举行决赛的城市召开授奖大 会 颁发全国中学生物理竞赛获奖证书 奖章和奖品 第十六条 对于在预赛和复赛中成绩优异的学生 全国竞赛委员会设立赛区 以省 市 区为单位 一 二 三等奖 委托各地方竞赛委员会根据本地区实 际情况进行评定 奖励名额根据参加预赛的人数按全国竟委会规定的比例确定 赛区一 二等奖的评定应以复赛成绩为准 对于赛区一 二 三等奖获奖者均颁 发由中闰物理学会全国中学生物理竞赛委员会署名盖章的 全国中学生物理竞赛 赛区获奖证书 地 市 区 县及学校 对在预赛中成绩较好的学生可以通过一定的方式给予表 扬 以资鼓励 也可以颁发有纪念意义的奖品 第十七条 对优秀学生的奖励应以精神鼓励为主 物质奖励要适当 不宜过 多 第十八条 对在决赛中获奖和获赛区一 二等奖的学生的指导教师 由各地 精品文档 6欢迎下载 方竞赛委员会确定名单 以全国竞委会名义给予表彰 发给荣誉证书 第七章 经 费 第十九条 学生参加顶赛和复赛所需食 宿 交通费用原则上 由学生自理 有条件的地 市 区 县或学校 对参加复赛的经齐确有困难的学生可适当给予 补助 参加决赛的学生的食 宿 交通费用 由地方竞赛委员会与畜关方面协商 给予补助 第二十条 各省 自治区 直辖市组织竞赛活动所需经费由 地方竞赛委员会 教委 教育厅 局 地方科协及有关方面协商解决 报名费 收入全部由地方竞赛委员会留用 预赛和复赛试卷费及组织预赛和复赛所需经费 由地方竞赛委员会负担 第二十一条 复赛实验题以外的命题费用及组织决赛活动所需经费由承办决 赛的省 自治区 直辖市负责筹措 全国竞赛委员会给予适当的补助 第二十二条 经费开支应贯彻勤俭节约的原则 第八章 附 则 第二十三条 本章程经中国物理学会常务理事会讨论通过后施行 本章程的 修改权及解释权属中国物理学会常务理事会 全国中学生物理竞赛内容提要全国中学生物理竞赛内容提要 一 理论基础 力 学 1 运动学 参照系 质点运动的位移和路程 速度 加速度 相对速度 矢量和标量 矢量的合成和分解 匀速及匀速直线运动及其图象 运动的合成 抛体运动 圆周运动 刚体的平动和绕定轴的转动 2 牛顿运动定律 精品文档 7欢迎下载 力学中常见的几种力 牛顿第一 二 三运动定律 惯性参照系的概念 摩擦力 弹性力 胡克定律 万有引力定律 均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式 不要求导出 开普勒 定律 行星和人造卫星的运动 3 物体的平衡 共点力作用下物体的平衡 力矩 刚体的平衡 重心 物体平衡的种类 4 动量 冲量 动量 动量定理 动量守恒定律 反冲运动及火箭 5 机械能 功和功率 动能和动能定理 重力势能 引力势能 质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式 不要求导出 弹簧的弹性势能 功能原理 机械能守恒定律 碰撞 6 流体静力学 静止流体中的压强 浮力 7 振动 精品文档 8欢迎下载 简揩振动 振幅 频率和周期 位相 振动的图象 参考圆 振动的速度和加速度 由动力学方程确定简谐振动的频率 阻尼振动 受迫振动和共振 定性了解 8 波和声 横波和纵波 波长 频率和波速的关系 波的图象 波的干涉和衍射 定性 声波 声音的响度 音调和音品 声音的共鸣 乐音和噪声 热 学 1 分子动理论 原子和分子的量级 分子的热运动 布朗运动 温度的微观意义 分子力 分子的动能和分子间的势能 物体的内能 2 热力学第一定律 热力学第一定律 3 气体的性质 热力学温标 理想气体状态方程 普适气体恒量 理想气体状态方程的微观解释 定性 理想气体的内能 精品文档 9欢迎下载 理想气体的等容 等压 等温和绝热过程 不要求用微积分运算 4 液体的性质 流体分子运动的特点 表面张力系数 浸润现象和毛细现象 定性 5 固体的性质 晶体和非晶体 空间点阵 固体分子运动的特点 6 物态变化 熔解和凝固 熔点 熔解热 蒸发和凝结 饱和汽压 沸腾和沸点 汽化热 临界温度 固体的升华 空气的湿度和湿度计 露点 7 热传递的方式 传导 对流和辐射 8 热膨胀 热膨胀和膨胀系数 电 学 1 静电场 库仑定律 电荷守恒定律 电场强度 电场线 点电荷的场强 场强叠加原理 均匀带电球壳壳内的场强和 壳外的场强公式 不要求导出 匀强电场 电场中的导体 静电屏蔽 精品文档 10欢迎下载 电势和电势差 等势面 点电荷电场的电势公式 不要求导出 电势叠加原理 均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式 不要求导出 电容 电容器的连接 平行板电容器的电容公式 不要求导出 电容器充电后的电能 电介质的极化 介电常数 2 恒定电流 欧姆定律 电阻率和温度的关系 电功和电功率 电阻的串 并联 电动势 闭合电路的欧姆定律 一段含源电路的欧姆定律 电流表 电压表 欧姆表 惠斯通电桥 补偿电路 3 物质的导电性 金属中的电流 欧姆定律的微观解释 液体中的电流 法拉第电解定律 气体中的电流 被激放电和自激放电 定性 真空中的电流 示波器 半导体的导电特性 型半导体和 型半导体 晶体二极管的单向导电性 三极管的放大作用 不要求机理 超导现象 4 磁场 电流的磁场 磁感应强度 磁感线 匀强磁场 精品文档 11欢迎下载 安培力 洛仑兹力 电子荷质比的测定 质谱仪 回旋加速器 5 电磁感应 法拉第电磁感应定律 楞次定律 自感系数 互感和变压器 6 交流电 交流发电机原理 交流电的最大值和有效值 纯电阻 纯电感 纯电容电路 整流和滤波 三相交流电及其连接法 感应电动机原理 7 电磁振荡和电磁波 电磁振荡 振荡电路及振荡频率 电磁场和电磁波 电磁波的波速 赫兹实验 电磁波的发射和调制 电磁波的接收 调谐 检波 光 学 1 几何光学 光的直进 反射 折射 全反射 光的色散 折射率与光速的关系 平面镜成像 球面镜成像公式及作图法 薄透镜成像公式及作图法 眼睛 放大镜 显微镜 望远镜 2 波动光学 精品文档 12欢迎下载 光的干涉和衍射 定性 光谱和光谱分析 电磁波谱 3 光的本性 光的学说的历史发展 光电效应 爱因斯坦方程 波粒二象性 原子和原子核 1 原子结构 卢瑟福实验 原子的核式结构 玻尔模型 用玻尔模型解释氢光谱 玻尔模型的局限性 原子的受激辐射 激光 2 原子核 原子核的量级 天然放射现象 放射线的探测 质子的发现 中子的发现 原子核的组成 核反应方程 质能方程 裂变和聚变 基本粒子 数学基础 1 中学阶段全部初等数学 包括解析几何 2 矢量的合成和分解 极限 无限大和无限小的初步概念 3 不要求用微积分进行推导或运算 精品文档 13欢迎下载 二 实验基础 1 要求掌握国家教委制订的 全日制中学物理教学大纲 中的全部学生实验 2 要求能正确地使用 有的包括选用 下列仪器和用具 米尺 游标卡尺 螺 旋测微器 天平 停表 温度计 量热器 电流表 电压表 欧姆表 万用电表 电池 电阻箱 变阻器 电容器 变压器 电键 二极管 光具座 包括平面镜 球面镜 棱镜 透镜等光学元件在内 3 有些没有见过的仪器 要求能按给定的使用说明书正确使用仪器 例如 电 桥 电势差计 示波器 稳压电源 信号发生器等 4 除了国家教委制订的 全日制中学物理教学大纲 中规定的学生实验外 还 可安排其它的实验来考查学生的实验能力 但这些实验所涉及到的原理和方法不 应超过本提要第一部分 理论基础 而所用仪器就在上述第 2 3 指出的范围内 5 对数据处理 除计算外 还要求会用作图法 关于误差只要求 直读示数时 的有效数字和误差 计算结果的有效数字 不做严格的要求 主要系统误差来 源的分析 三 其它方面 物理竞赛的内容有一部分要扩及到课外获得的知识 主要包括以下三方面 1 物理知识在各方面的应用 对自然界 生产和日常生活中一些物理现象的解 释 2 近代物理的一些重大成果和现代的一些重大信息 3 一些有重要贡献的物理学家的姓名和他们的主要贡献 参考资料 1 全国中学生物理竞赛委员会办公室主编的历届 全国中学生物理竞赛参考资 料 2 人民教育出版社主编的 高级中学课本 试用 物理 甲种本 专题一 力 物体的平衡 精品文档 14欢迎下载 扩展知识 1 重力 物体的重心与质心 重心 从效果上看 我们可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点 这一 点叫做物体的重心 质心 物体的质量中心 设物体各部分的重力分别为G1 G2 Gn 且各部分重力的作用点在oxy坐 标系中的坐标分别是 x1 y1 x2 y2 xn yn 物体的重心坐标xc yc 可表示为 xc yc i ii G xG n nn GGG xGxGxG 21 2211 i ii G yG n nn GGG yGyGyG 21 2211 2 弹力 胡克定律 在弹性限度内 弹力F的大小与弹簧伸长 或缩短 的长度x成正比 即F k x k为弹簧的劲度系数 两根劲度系数分别为k1 k2的弹簧串联后的劲度系数可由 求得 并联 k 1 1 1 k 2 1 k 后劲度系数为k k1 k2 3 摩擦力 最大静摩擦力 可用公式F m 0FN来计算 FN为正压力 0为静摩擦因素 对 于相同的接触面 应有 0 为动摩擦因素 摩擦角 若令 0 tan 则 称为摩擦角 摩擦角是正压力FN与最大静 N m F F 摩擦力F m的合力与接触面法线间的夹角 4 力的合成与分解 余弦定理 计算共点力F1与F2的合力F F cos2 21 2 2 2 1 FFFF 精品文档 15欢迎下载 arctan 为合力F与分力F1的夹角 cos sin 21 2 FF F 三角形法则与多边形法则 多个共点共面的力合成 可把一个力的始端依次画到 另一个力的终端 则从第一个力的始端到最后一个力的终端的连线就表示这些力 的合力 拉密定理 三个共点力的合力为零时 任一个力与其它两个力夹角正弦的比值是 相等的 5 有固定转动轴物体的平衡 力矩 力F与力臂L的乘积叫做力对转动轴的力矩 即M FL 单位 N m 平衡条件 力矩的代数和为零 即M1 M2 M3 0 6 刚体的平衡 刚体 在任何情况下形状大小都不发生变化的力学研究对象 力偶 力偶矩 二个大小相等 方向相反而不在一直线上的平行力称为力偶 力 偶中的一个力与力偶臂 两力作用线之间的垂直距离 的乘积叫做力偶矩 在同 一平面内各力偶的合力偶矩等于各力偶矩的代数和 平衡条件 合力为零 即 F 0 对任一转动轴合力矩为零 即 M 0 7 物体平衡的种类 分为稳定平衡 不稳定平衡和随遇平衡三种类型 稳度及改变稳度的方法 处于稳定平衡的物体 靠重力矩回复原来平衡位置的能 力 叫稳度 降低重心高度 加大支持面的有效面积都能提高物体的稳度 反之 则降低物体的稳度 典型例题 例题 1 求如图所示中重为G的匀均质板 阴影部分 的重心O的位置 例题 2 求如图所示中的由每米长质量为G的 7 根匀质杆件构成的平面衍架的重 心 精品文档 16欢迎下载 例题 3 如图所示 均匀矩形物体的质量为m 两侧分别固定着轻质弹簧L1和 L2 它们的劲度系数分别为k1和k2 先使L2竖立在水平面上 此时L1自由向上 伸着 L2被压缩 待系统竖直静止后 再对L1的上端A施一竖直向上和力F 使 L2承受的压力减为重的 3 4 时 A端比加F之前上升的高度是多少 例题 4 图中的BO是一根质量均匀的横梁 重量G1 80N BO的一端安在B点 可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动 另一端用钢绳AO拉着 横梁保持水平 与钢绳的夹角 30 在横梁的O点挂一重物 重量G2 240N 求钢绳对横梁的 拉力F1 专题二 直 线 运 动 扩展知识 一 质点运动的基本概念 1 位置 位移和路程位置指运动质点在某一时刻的处所 在直角坐标系中 可 用质点在坐标轴上的投影坐标 x y z 来表示 在定量计算时 为了使位置的 确定与位移的计算一致 人们还引入位置矢量 简称位矢 的概念 在直角坐标 系中 位矢 r 定义为自坐标原点到质点位置 P x y z 所引的有向线段 故有 r 的方向为自原点 O 点指向质点 P 如图所示 222 zyxr 精品文档 17欢迎下载 位移指质点在运动过程中 某一段时间内的位置变化 即位矢的增量t 它的方向为自始位置指向末位置 如图 2 所示 路程指质点在时间 ttt rrs 内通过的实际轨迹的长度 2 平均速度和平均速率 平均速度是质点在一段时间内通过的位移和所用时间之比 平均速度是矢量 方向与位移 s 的方向相同 t s v 平 平均速率是质点在一段时间内通过的路程与所用时间的比值 是标量 3 瞬时速度和瞬时速率 瞬时速度是质点在某一时刻或经过某一位置是的速度 它定义为在时的平均速度 的极限 简称为速度 即 t s v t 0 lim 瞬时速度是矢量 它的方向就是平均速度极限的方向 瞬时速度的大小叫瞬时速 率 简称速率 4 加速度 加速度是描述物体运动速度变化快慢的物理量 等于速度对时间的变化率 即 这样求得的加速度实际上是物体运动的平均加速度 瞬时加速度应为 t v a 加速度是矢量 t v a t 0 lim 二 运动的合成和分解 1 标量和矢量 物理量分为两大类 凡是只须数值就能决定的物理量叫做标量 凡是既有大小 又需要方向才能决定的物理量叫做矢量 标量和矢量在进行运算是遵守不同的法 则 标量的运算遵守代数法则 矢量的运算遵守平行四边形法则 或三角形法则 2 运动的合成和分解 在研究物体运动时 将碰到一些较复杂的运动 我们常把它分解为两个或几个简 单的分运动来研究 任何一个方向上的分运动 都按其本身的规律进行 不会因 为其它方向的分运动的存在而受到影响 这叫做运动的独立性原理 运动的合成 精品文档 18欢迎下载 和分解包括位移 速度 加速度的合成和分解 他们都遵守平行四边形法则 三 竖直上抛运动 定义 物体以初速度向上抛出 不考虑空气阻力作用 这样的运动叫做竖直 0 v 上抛运动 四 相对运动 物体的运动是相对于参照系而言的 同一物体的运动相对于不同的参照系其运动 情况不相同 这就是运动的相对性 我们通常把物体相对于基本参照系 如地面 等 的运动称为 绝对运动 把相对于基本参照系运动着的参照系称为运动参 照系 运动参照系相对于基本参照系的运动称为 牵连运动 而物体相对于运 动参照系的运动称为 相对运动 显然绝对速度和相对速度一般是不相等的 它们之间的关系是 绝对速度等于相对速度与牵连速度的矢量和 即 或vvv 相绝乙对地甲对乙甲对地 vvv 典型例题 例题 1 A B 两车沿同一直线同向行驶 A 车在前 以速度做匀速直线运动 1 v B 车在后 先以速度做匀速直线运动 当两车相距为 d 时 B 车在后 2 v 12 vv 车开始做匀减速运动 加速度的大小为 a 试问为使两车不至于相撞 d 至少为 多少 例题 2 河宽 d 100m 水流速度 4m s 船在静水中的速度 3m s 要使航程 1 v 2 v 最短 船应怎样渡河 精品文档 19欢迎下载 例题 3 有 A B 两球 A 从距地面高度为 h 处自由下落 同时将 B 球从地面以 初速度竖直上抛 两球沿同一条竖直线运动 试分析 0 v 1 B 球在上升过程中与 A 球相遇 2 B 球在下落过程中与 A 球相遇 两种情况中 B 球初速度的取值范围 专题三 牛顿运动定律 扩展知识 非惯性参照系 凡牛顿第一定律成立的参照系叫惯性参照系 简称惯性系 凡相对于惯性系 静止或做匀速直线运动的参照系 都是惯性系 在不考虑地球自转 且在研究较 短时间内物体运动的情况下 地球可看成是近似程度相当好的惯性系 凡牛顿第 一定律不成立的参照系统称为非惯性系 一切相对于惯性参照系做加速运动的参 照系都是非惯性参照系 在考虑地球自转时 地球就是非惯性系 在非惯性系中 物体的运动也不遵从牛顿第二定律 但在引入惯性力的概念以后 就可以利用牛 精品文档 20欢迎下载 顿第二定律的形式来解决动力学问题 一 直线系统中的惯性力 简称惯性力 例如在加速前进的车厢里 车里的乘客都觉得自己好象受到一个 使其向后倒得力 这个力就是惯性力 其大小等于物体质量 m 与非惯性系相对于 惯性系的加速度大小 a 的乘积 方向于 a 相反 用公式表示 这个惯性力 F惯 ma 不过要注意 惯性力只是一种假想得力 实际上并不存在 故不可能找出它 是由何物所施 因而也不可能找到它的反作用力 惯性力起源于物体惯性 是在 非惯性系中物体惯性得体现 二 转动系统中的惯性力 简称惯性离心力 这个惯性力的方向总是指向远离轴心的方向 它的大小等于 物体的质量 m 与非惯性系相对于惯性系的加速度大小 a 的乘积 如果在以角速度 转动的参考系中 质点到转轴的距离为 r 则 F惯 m 2r 假若物体相对于匀速转动参照系以一定速度运动 则物体除了受惯性离心力之外 还要受到另一种惯性力的作用 这种力叫做科里奥利力 简称科氏力 这里不做 进一步的讨论 典型例题 例题 1 如图所示 一轻弹簧和一根轻绳的一端共同连在一个质量为 m 的小球上 平横时 轻绳是水平的 弹簧与竖直方向的夹角是 若突然剪断轻绳 则在剪 断的瞬间 弹簧的拉力大小是多少 小球加速度方向如何 若将弹簧改为另一轻 绳 则在剪断水平轻绳的瞬间 结果又如何 例题 2 如图所示 在以一定加速度 a 行驶的车厢内 有一长为 l 质量为 m 的 棒 AB 靠在光滑的后壁上 棒与箱底面之间的动摩擦因数 为了使棒不滑动 棒与竖直平面所成的夹角 应在什么范围内 精品文档 21欢迎下载 例题 3 如图所示 在一根没有重力的长度 l 的棒的中点与端点上分别固定了两 个质量分别为 m 和 M 的小球 棒沿竖直轴用铰链连接 棒以角速度 匀速转动 试求棒与竖直轴线间的夹角 例题 4 长分别为 l1 和 l2 的不可伸长的轻绳悬挂质量都是 m 的两个小球 如图 所示 它们处于平衡状态 突然连接两绳的中间小球受水平向右的冲击 如另一 球的碰撞 瞬间内获得水平向右的速度 V0 求这瞬间连接 m2 的绳的拉力为多少 精品文档 22欢迎下载 精品文档 23欢迎下载 专题四 曲线运动 拓展知识拓展知识 一 斜抛运动斜抛运动 1 定义 具有斜向上的初速且只受重力作用的物体的运动 0 v 2 性质 斜抛运动是加速度 a g 的匀变速曲线运动 3 处理方法 正交分解法 将斜抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖 直方向的竖直上抛运动 然后用直角三角形求解 如图所示 4 斜抛运动的规律如下 任一时刻的速度 cos 0 vvx gt sin 0 vvy 任一时刻的位置 tvx cos 0 2 0 2 1 singttvy 竖直上抛运动 平抛运动可分别认为是斜抛运动在时的特例 00 090 和 斜抛运动在最高点时 g v ttttt g v tvy sin2 sin 0 00 下上总下上上 水平方向的射程斜抛物体具有最大的射程 g v tvs 2sin cos 2 0 0 总 斜抛物体的最大高度 g v H 2 sin 2 2 0 斜抛运动具有对称性 在同一段竖直位移上 向上和向下运动的时间相等 在同 一高度上的两点处速度大小相等 方向与水平方向的夹角相等 向上 向下的运 动轨迹对称 精品文档 24欢迎下载 二 二 圆周运动 圆周运动 1 变速圆周运动 在变速圆周运动中 物体受到的合外力一般不指向圆心 这时合外力可以分解在 法线 半径方向 和切线两个方向上 在法线方向有充当向心Rm R mv Fn 2 2 力 即 产生的法向加速度只改变速度的方向 切向分力产 向 FFn n a maF 生的切向加速度只改变速度的大小 也就是说 是的一个分力 a n F 合 F 且满足 合 FFn 22 FFFn 合 2 一般的曲线运动 在一般的曲线运动中仍有法向力式中 R 为研究处 R v mFn 2 曲线的曲率半径 即在该处附近取一段无限小的曲线 并视为圆弧 R 为该圆弧 的曲率半径 即为研究处曲线的曲率半径 典型例题 例题 1 如图所示 以水平初速度抛出的物体 飞行一段时间后 垂直地撞在 0 v 倾角为的斜面上 求物体完成这段飞行的时间是多少 0 30 例题 2 如果把上题作这样的改动 若让小球从斜面顶端 A 以水平速度抛出 飞 行一段时间后落在斜面上的 B 点 求它的飞行时间为多少 已知 0 30 精品文档 25欢迎下载 例题 3 斜向上抛出一球 抛射角 当 t 1 秒钟时 球仍斜向上升 但方 0 60 向已跟水平成角 1 球的初速度是多少 2 球将在什么时候达到 0 45 0 v 最高点 例题 4 以的初速度自楼顶平抛一小球 若不计空气阻力 当小球沿smv 10 0 曲线运动的法向加速度大小为时 求小球下降的高度及所在处轨迹的曲率 2 5sm 半径 R 精品文档 26欢迎下载 专题五 万有引力定律 扩展知识 1 均匀球壳的引力公式 由万有引力定律可以推出 质量为M 半径为R的质量均匀分布的球壳 对距离 球心为r 质量为m的质点的万有引力为 F 0 rR 2 r GMm 2 开普勒三定律 典型例题 例题 1 若地球为均匀的球体 在地球内部距地心距离为r的一物体m受地球的 万有引力为多大 已知地球的质量为M 半径为R 例题 2 一星球可看成质量均匀分布的球体 其半径为R 质量为M 假定该星球 完全靠万有引力维系 要保证星球不散开 它自转的角速度不能超过什么限度 例题 3 全国物理竞赛预赛题 已知太阳光从太阳射到地球需要 8min20s 地 球公转轨道可以近似看作圆轨道 地球半径约为 6 4 106m 试估算太阳质量M 精品文档 27欢迎下载 与地球质量m之比M m为多大 3 105 例题 4 全国物理竞赛预赛题 木星的公转周期为 12 年 设地球至太阳的距离 为 1AU 天文单位 则木星至太阳的距离约为多少天文单位 5 2AU 例题 5 世界上第一颗人造地球卫星的长轴比第二颗短 8000km 第一颗卫星开始 绕地球运转时周期为 96 2min 求 1 第一颗人造卫星轨道的长轴 1 39 107m 2 第二颗人造卫星绕地球运转的周期 已知地球质量 M 5 98 1024kg 191min 专题六 动量 扩展知识 1 动量定理的分量表达式 I I合 x mvmv2x mvmv1x I I合 y mvmv2y mvmv1y I I合 z mvmv2z mvmv1z 2 质心与质心运动 精品文档 28欢迎下载 2 1 质点系的质量中心称为质心 若质点系内有n个质点 它们的质量分别为 m1 m2 mn 相对于坐标原点的位置矢量分别为r1 r2 rn 则质点系的质心位 置矢量为 rc n nn mmm rmrmrm 21 1211 M rm n i ii 1 若将其投影到直角坐标系中 可得质心位置坐标为 xc yc zc M xm n i ii 1 M ym n i ii 1 M zm n i ii 1 2 2 质心速度与质心动量 相对于选定的参考系 质点位置矢量对时间的变化率称为质心的速度 v vc p pc Mvc t rc M p总 M vm n i ii 1 n i iiv m 1 作用于质点系的合外力的冲量等于质心动量的增量 I I合 pc pc0 mvc mvc0 n i i I 1 2 3 质心运动定律 作用于质点系的合外力等于质点总质量与质心加速度的乘积 合 Mac 对于由 n 个质点组成的系统 若第i个质点的加速度为ai 则质点系的质心加速 度可表示为 a ac M am n i ii 1 精品文档 29欢迎下载 典型例题 1 将不可伸长的细绳的一端固定于天花板上的C点 另一端系一质量为m的小 球以以角速度 绕竖直轴做匀速圆周运动 细绳与竖直轴之间的夹角为 如 图所示 已知A B为某一直径上的两点 问小球从A点运动到B点的过程中细 绳对小球的拉力T的冲量为多少 2 一根均匀柔软绳长为l 3m 质量m 3kg 悬挂在天花板的钉子上 且下端刚 好接触地板 现将软绳的最下端拾起与上端对齐 使之对折起来 然后让它无初 速地自由下落 如图所示 求下落的绳离钉子的距离为x时 钉子对绳另一端的 作用力是多少 x 精品文档 30欢迎下载 3 一长直光滑薄板AB放在平台上 OB伸出台面 在板左侧的D点放一质量为 m1的小铁块 铁块以速度v向右运动 假设薄板相对于桌面不发生滑动 经过时 间T0后薄板将翻倒 现让薄板恢复原状 并在薄板上O点放另一个质量为m2的 小物体 如图所示 同样让m1从D点开始以速度v向右运动 并与m2发生正碰 那么从m1开始经过多少时间后薄板将翻倒 专题七 机械能 v 精品文档 31欢迎下载 扩展知识 一 功 1 恒力做功 W Fscos 当物体不可视为质点时 s是力的作用点的位移 2 变力做功 1 平 均 值 法 如 计 算 弹 簧 的 弹 力 做 功 可 先 求 得 F 2 1 21 xxk 再 求 出 弹 力 做 精品文档 32欢迎下载 功 为 W x2 x1 F 2 1 2 2 2 1 2 1 kxkx 2 图 像 法 当 力 的 方 向 不 变 其 大 小 随 在 力 的 方 向 上 的 位 移 成 函 数 关 变 化 时 精品文档 33欢迎下载 作 出 力 位 移 图 像 即 F s 图 则 图 线 与 位 移 坐 标 轴 围 成 的 面 积 就 表 示 力 做 的 功 精品文档 34欢迎下载 如 功 率 时 间 图 像 3 等效法 通过因果关系 如动能定理 功能原理或Pt等效代换可求变力做 功 4 微元法 二 动能定理 1 对于单一物体 可视为质点 只有在同一惯性参照系中 12kk EEW 计算功和动能 动能定理才成立 当物体不能视为质点时 则不能应用动能 定理 2 对于几个物体组成的质点系 因内力可以做功 则 同样只适用于同一惯性参照系 12kk EEWW 内外 3 在非惯性系中 质点动能定理除了考虑各力做的功外 还要考虑惯性力做的 功 其总和对应于质点动能的改变 此时功和动能中的位移 速度均为相对 于非惯性参照系的值 三 势能 1 弹性势能 2 2 1 kxEp 2 引力势能 1 质点之间 r mm GEp 21 精品文档 35欢迎下载 2 均匀球体 半径为R 与质点之间 r R r Mm GEp 3 均匀球壳与质点之间 r R r Mm GEp r R R Mm GEp 四 功能原理 物体系外力做的功与物体系内非保守力做的功之和 等于物体系 机械能的增量 即 12 EEWW 非保守外 典型例题 例题 1 如图所示 在倾角 30 长为L的斜面顶部放一质量为m的木块 当斜面水平向右匀速移动s 时 木块沿斜面匀速地下滑到底部 试求此L 3 3 过程中木块所受各力所做的功及斜面对木块做的功 例题 2 用锤击钉 设木板对钉子的阻力跟钉子进入木板的深度成正比 每次击 钉时对钉子做的功相同 已知击第一次时 钉子进入板内 1cm 则击第二次时 钉子进入木板的深度为多少 例题 3 质量为M的列车正沿平直轨道匀速行驶 忽然尾部有一节质量为m的车 厢脱钩 待司机发现并关闭油门时 前部车厢已驶过的距离为L 已知列车所受 的阻力跟质量成正比 设比例系数为k 列车启动后牵引力不变 问前后两车都 精品文档 36欢迎下载 停下后相距多远 例题 4 如图所示 沿地球表面与竖直方向成 角的方向 发射一质量为m的导 弹 其初速度 M为地球的质量 R为地球半径 忽略空气阻力和地球 R GM v 0 自转的影响 求导弹上升的最大高度 例题 5 长为l的细线一端系住一质量为m的小球 另一端固定在A点 AB是过 A的竖直线 E为AB上一点 且AE l 2 过E作水平线EF 在EF上钉一铁钉 D 如图所示 线能承受的最大拉力是 9mg 现将系小球的悬线拉至水平 然后由 静止释放 若小球能绕钉子在竖直平面内做圆周运动 求钉子的位置在水平线上 的取值范围 不计线与钉子碰撞时的能量损失 专题八 振动和波 扩展知识 x 精品文档 37欢迎下载 1 参考圆 可以证明 做匀速圆周运动的质点在其直径上的投影的运动 是以圆心为平 衡位置的简谐运动 通常称这样的圆为参考圆 2 简谐运动的运动方程及速度 加速度的瞬时表达式 振动方程 x Acos t 速度表达式 v Asin t 加速度表达式 a 2Acos t 3 简谐运动的周期和能量 振动的周期 T 2 k m 振动的能量 E mv2 kx2 kA2 2 1 2 1 2 1 4 多普勒效应 设v为声速 vs为振源的速度 v0是观察者速度 f0为声音实际频率 f为 相对于观察者的频率 1 声源向观察者 2 声源背观察者 s vv v ff 0 s vv v ff 0 3 观察者向声源 4 观察者背声源 v vv ff 0 0 v vv ff 0 0 5 两者相向 6 两者相背 s vv vv ff 0 0 s vv vv ff 0 0 5 平面简谐波的振动方程 设波沿 x轴正方向传播 波源在原点O处 其振动方程为y Acos t x 轴上任何一点P 平衡位置坐标为x 的振动比O点滞后 因此P点 v x t 的振动方程为 y Acos t t Acos t v x 精品文档 38欢迎下载 6 乐音与噪音 乐音的三要素 音调 响度和音品 音调 乐音由一些不同频率的简谐波组成 频率最低的简谐波称为基音 音 调由基音频率的高低决定 基音频率高的乐音音调高 响度 响度是声音强弱的主观描述 跟人的感觉和声强 单位时间内通过垂 直于声波传播方向上的单位面积的能量 有关 音品 音品反映出不同声源 发出的声音具有不同的特色 音品由声音的强 弱和频率决定 典型例题 例题 1 简谐运动的判断并计算周期 假设沿地球直径开凿一 隧道 且地球视作一密度 5 5 103kg m3的均 匀球体 试判断物体在此 隧道 中做何种运动以及物体由地表落到地心的时间 例题 2 振动方程与波动方程 一直线传播的横波 波速是 40m s 波源作简谐运动 周期T 0 01s 振幅 A 20cm 以它经过平衡位置向坐标正方向运动时作为时间起点 写出 1 振源 的振动方程 2 波动的表达式 3 距离振源 16m 处质点的振动方程 精品文档 39欢迎下载 例题 3 单摆模型的应用 如图所示是一种记录地震装置的水平摆 摆球m固定在边长为l 质量忽略 不计的等边三角形的顶点A上 它的对边BC跟竖直线成不大的夹角 摆球可 绕固定轴BC摆动 求摆球做微小摆动时的周期 例题 4 弹簧振子模型 如图所示 弹簧振子系统中M 2kg k 100N m t 0 时 x0 10cm v0 0 在 h 1cm 高处有一质量为m 0 4kg 的小物体下落 当M沿x轴负方向通过平衡位置 时 小物体刚好落在M上 且无反弹 试求此后两物体一起运动的规律 例题 5 多普勒效应的应用 正在报警的警钟 每隔 0 5s 响一声 一声接一声地响着 有一人在以 60km h 的速度向警钟方向行驶的火车中 问这个人在 5min 内听到几响 取空 气声速为 340m s x 精品文档 40欢迎下载 专题九 热 功和物态变化 扩展知识 物态变化 固体 液体和气体是通常存在的三种物质状态 在一定条件下 这三种物质 状态可以相互转化 即发生物态变化 如 熔化 凝固 汽化 液化 升华和凝 华 饱和汽和饱和汽压 液化和汽化处于动态平衡的汽叫做饱和汽 没有达到饱和状况的汽叫做未饱 和汽 某种液体的饱和汽具有的压强叫这种液体的饱和汽压 饱和汽压具有下列重要性 质 1 同一温度下 不同液体的饱和汽压一般下同 挥发性大的液体其饱和汽压 大 2 温度一定时 液体的饱和汽压与饱和汽的体积无关 与液体上方有无其它 气体无关 3 同一种液体的饱和汽压随温度的升高而迅速增大 空气的湿度 露点 表示空气干湿程度的物理量叫湿度 湿度分为绝对湿度和相对湿度 空气中 含水蒸气的压强叫做空气的绝对湿度 在某一温度时 空气的绝对湿度跟该温度 下饱和汽压的百分比 叫做空气的相对湿度 用公式表示为 100 s p p B 空气中的未饱和水蒸气 在温度降低时逐渐接近饱和 当气温降低到某一温 度时水蒸气达到饱和 这时有水蒸气凝结成水 即露水 使水蒸气刚好达到饱和 的温度称为露点 气体的功 热量与内能的增量 精品文档 41欢迎下载 1 理想气体的压强 k nEnmvp 3 2 3 1 2 2 理想气体的温度 1038 1 2 3 23 0 KJ N R kkTEk 3 理想气体的内能 RT im kT i N m E 22 0 其中i 3 单原子气体 如 He Ne 5 双原子气体 如 N2 H2 6 多原 子气体 如 H2O CO2 4 理想气体的摩尔热容 1mol 理想气体气体温度升高 1K 时所吸收的热量 叫做这种气体的摩尔热容 即 T Q C 由于气体吸收的热量Q与其内能的变化E以及它做的功w都有关系 所以气 体的摩尔热容不是一个确定的值 1 1mol 理想气体的等容摩尔热容 R i T TR i T E T Q CV 2 2 2 1mol 理想气体的等压摩尔热容 R i RC T Q C VV 1 2 等值过程中气体的功 热量和内能增量的计算 1 功 一般形式 W p V 1 等温过程 2 1 1 2 lnln p p RT m V V RT m W 2 等容过程 0 0 WV 3 等压过程 1212 TTR m VVpW 4 绝热过程 112212 VpVp R C TTC m W V V 精品文档 42欢迎下载 2 热量 1 等温过程 2 1 1 2 lnln p p RT m V V RT m Q 2 等容过程 12 TTC m Q V 3 等压过程 12 TTC m Q p 4 绝热过程 0 Q 3 内能的增量 理想气体的内能只跟温度有关 所以不管经何种变化过程 都可用公式 12 TTC m E V 典型例题 1 如图所示 气体由状态a沿acb到达状态b 有 336J 热量传入系统 而系统 做功 126J 求 1 若气体在adb过程中系统做功 42J 问有多少热量传入系 统 2 当系统由状态b沿曲线ba返回状态a时 外界对系统做功 84J 问此时系 统是吸热还是放热 传递的热量是多少 专题十 固体 液体和气体的性质 扩展知识 d 精品文档 43欢迎下载 固体性质固体性质 1 晶体与非晶体 固体分为晶体和非晶体 晶体又分为单晶体与多晶体 单晶体的物理性质是 各向异性 在一定压强下有固定的熔点 多晶体的物理性质是各向同性 在一定 压强下有固定的熔点 而非晶体各向同性 无固定的熔点 2 空间点阵 晶体内部的微粒依照一定规律在空间排列成整齐的行列 构成所谓的空间点 阵 晶体微粒的热运动主要表现为以空间点阵的结点为平衡位置的微小振动 3 固体的热膨胀 1 固体的线胀系数 某种物质组成的物体 由于温度升高 1 所引起的线度增长跟它在 0 时的 线度之比 称为该物体的线胀系数 单位 1 tl llt l 0 0 2 固体的体胀系数 某种物质组成的物体 由于温度升高 1 所引起的体积增加跟它在 0 时的 线度之比 称为该物体的线胀系数 单位 1 tV VVt v 0 0 l 3 v 液体性质液体性质 1 表面张力 f L 式中 为液体表面张力系数 单位 N m 1 与液体性质 有关 与液面大小无关 随温度升高而减小 2 浸润现象与毛细现象 气体性质气体性质 1 气体实验定律 精品文档 44欢迎下载 1 玻 马定律 等温变化 pV 恒量 2 查理定律 等容变化 恒量 T p 3 盖 吕萨克定律 等压变化 恒量 T V 2 同种理想气体状态状态方程 1 一定质量的理想气体 恒量 T pV 推论 恒量 T p 2 任意质量的理想气体 克拉珀龙方程 RT m nRTpV 082 0 31 8 0 00 KmolLatmKmolJ T Vp R 3 混合气体的状态方程 1 道尔顿分压定律 p p1 p2 p3 pn 2 混合气体的状态方程 T pV Rn T Vp T Vp T Vp i n nn 2 22 1 11 典型例题 1 钢尺A 钢尺B和两段角钢是用同样的材料制成的 钢尺A在 20 时使用是 准确的 钢尺B在 30 时使用是准确的 设钢的线胀系数为 l 1 用这两把尺子在 30 的野外去测量上述角钢的长度 若B尺的读数是 30 00cm 那么A尺测量的读数应是多少 2 用这两把尺子在 20 的温度下 分别测量另一段角钢的长度 若A尺的读 数是 40 00cm 那么B尺测量的读数应是多少 精品文档 45欢迎下载 2 将长为L 截面积为S的橡皮绳做成环放在液膜上 当环内液膜被刺破后 环 立即张为半径为R的圆 已知橡皮绳的劲度系数为k 试求此液体表面的张力系 数 3 房间的容积是 100m3 在房间内的气体由 7 升高到 27 大气压由 76cmHg 降至 72cmHg 的过程中 房间内空气的质量减少了多少 标准状况下空气的密 度 0 1 29kg m3 精品文档 46欢迎下载 专题十一 电场 扩展知识 1 均匀带电球壳内外的电场 1 均匀带电球壳内部的场强处处为零 2