2024年高二物理知识点

质點和参照系1、质點质點,就是将物体简化後得到的只有质量而不计大小、形状的一种几何點。何時才可以将物体抽象视為质點呢？假如研究問題的尺度遠遠不小于被研究物体自身的尺度，被研究物体自身的形状和大小可以不考虑，就可以将被研究物体简化成一种质點。例如說從北京開往广州的火車，假如我們的研究尺度是北京到广州的距离，那么火車就可以抽象為一种质點；但假如我們研究的尺度是正在過桥的火車，由于桥的長度和火車的長度相差并不悬殊，此時就不可以将火車处理為质點。（1）质點是一种理想化的模型﹐它是实际物体在一定条件下的科學抽象。

（2）质點不一定是很小的物体﹐只要物体的形状和大小在所研究的問題中属于無关原因或次要原因﹐即物体的形状和大小在所研究的問題中影响很小時﹐物体就能被看作质點。2、参照系参照系,就是描述物体运動状况的時候用来做参照的物体。自然界的萬物都在运動，运動是物体的固有属性。然而，选择不一样的参照系，运動的状况就會不一样。例如說假如我們选大地作為参照系，那么坐在教室裏的同學們就是静止的；但假如我們选择太阳作為参照系，那么坐在教室裏的同學又是随地球一起围绕太阳做高速运動的，也就是“坐地曰行八萬裏”。由于参照系的选择會得出對运動不一样的描述，因此我們在研究物体的运動状况的時候首先就要指明所选用的参照系是什么。一般来讲，我們默认的参照系是大地参照系（或称地球参照系），我們說疾驰的火車，咆哮而過的飞机，奔跑中的运動员等等，都是默认了以大地作為参照得来的。為了對物体的运動進行定量的描述，就需要建立数學模型来進行运動的计算。這個時候，我們将我們所处的現实空间转化為了数學中的数學空间（例如說平面中的象限），然後在這個数學空间裏将待研究的物体抽象為质點，然後建立坐標系，赋予该质點一种固定的坐標，這样就可以用数學的工具進行计算和分析。最终得出結论，再根据一定的物理意义還原為現实世界的成果。因此，数學是物理的語言，人类研究物理，就是通過對已經有的物理试验和逻辑進行归纳，得出数學方程，再用這些数學方程去解算現实世界。不過，要想通過這种措施對自然界進行完美的描述和预言是不也許的。由于真实的世界是一种非常复杂的体系，往往很难找到一种可以完美描述現实世界的数學方程，例如說主线無法找到一种方程可以解算树枝上飘落下来的树叶，也主线無法解算天空中的雲朵會被風吹成何种形状。不過，現实生活中我們只关注复杂問題中的一种方面，并且并不规定100%精确的解或描述，這样数學方程便可以根据我們的规定對物理世界作不一样的近似，以得出我們关注的答案。例如說我們無法求出每時每刻在不一样的地方某個人的重力精确的数值，我們只需要一种大概的值就可以满足我們的需要了。指出如下所描述的各运動的参照系是什么?(1)太阳從東方升起、西方落下．(2)大山向我們迎面走来．(3)运動的車外的树木、房屋向後退．(4)两岸猿声啼不住，轻舟已過萬重山．(5)月亮在白莲花般的雲朵中穿行．時间、時刻、旅程和位移1、時间、時刻、時间间隔時间這個量，在高中物理裏面要分清晰時刻和時间间隔。時刻，是指一种确切的時间點，而時间间隔指的就是两個時刻之间的時间段。例如說“3時15分”，這就是一种時刻的概念，再例如說“時间t”，這也是一种時刻的概念；而“5分钟”、“半小時”等就是時间间隔的概念了。2、旅程和位移物体运動轨迹的長度，就是物理學上所谓旅程的定义。我們從小學開始，一直到初中毕业，基本上接触的都是旅程這個概念，它强调的是物体的实际运動轨迹。然而，假如我們只关怀物体运動的初始點和最终點之间的位置关系，忽视详细的运動轨迹或线路，我們就得到了一种新的概念——位移。如上图所示，质點從A到B經历了一种曲线的真实运動轨迹，然而，位移的定义是從A指向B的一种“有向线段”。這個“有向线段”是以运動的起點A為起點，以运動的终點B為终點，以AB两點直线長度為長度的量。這個物理量包括两個内容：第一、它有方向性；從A指向B，也即從起點指向终點；第二、它有大小；他的大小就是A、B两點之间的距离；3、標量和矢量位移是不一样于旅程的，旅程是没有方向的，仅强调实际的轨迹和实际轨迹的長度。而位移强调初末位置之间的方向性和距离。他們從数學属性上讲也有很大的不一样，旅程只有大小，也就是說旅程只有一种数值定义而已；位移却不仅有大小，也有方向，這是一种全新的無法仅仅用一种数值描述的量。物理學上我們把类似于旅程的這种仅用一种数值大小就可以描述的量称之為標量，而把位移這种既有大小又有方向，两者缺一不可的量，称之為矢量。矢量与標量在数學运算上存在主线的差异。標量很简朴，就可以用我們已經有的加、減、乘、除、平方、開根等等运算法则直接進行处理。而對于矢量，這些运算法则就必须重新定义。我們看下面的例子：小明從A點先向東走了3米抵达B點，再向北走了4米抵达C點，問小明的位移是多少？如上图所示，小明实际的旅程長度是AB+BC=3+4=7米；而這段运動的位移却要從运動的起點A画一条指向运動终點C的有向线段，其大小為5米（可由勾股定理求得），其方向如图所示。因此，從上面這道題我們可以看出，作為矢量的位移（），它并不能简朴的把AB与BC的值相加，AB与BC的值相加仅可以得到旅程。矢量相加，要把方向性和大小同步考虑進去。三、运動快慢的描述——速度在學习速度之前，我們要先理解几种名詞，速度、速率、瞬時速度、瞬時速率、平均速度、平均速率。首先，速度是描述物体运動状态的最重要的物理参量。最初，在我們并不清晰矢量的概念的時候，我們定义速度就是针對运動快慢的描述。我們說物体运動的越快，则速度越大，反之，则速度越慢。然而，目前我們已經學习了矢量，理解了矢量是一类不仅包括大小，也包括方向的物理量。那么速度，就是一种和位移同样的經典的矢量。看如下例題：小明往東匀速跑，其速度是8m/s；小华往西匀速跑，1分钟内跑了480米，問小明和小华的速度同样么？假如從小學或者初中的角度来审阅這道題目，我們說通過计算发現小华的速度大小也是8m/s，然後得出他們速度相似的答案。然而，到了高中阶段，速度的定义发生了变化，他不仅仅包括我們此前所理解的速度的大小部分，也包括了速度的方向，因而速度是一种矢量。從這個角度来看，虽然小明和小华的速度大小同样，他們的速度方向却相反，因而他們的速度是不一样的。速度包括两個层面的含义，大小和方向。速度的大小，定义為速率。因此說两個物体运動的速度相似，就必须包括速度的大小和方向都相似，而假如仅强调两個物体运動的速度大小相似，那就是指速率相似。由此可見，上題中小明和小华的速率是相似的，但速度并不相似。那么计算速度的数學公式又是什么呢？最初我們學過下面的公式： 其中S是t時间内通過的旅程。這個定义我們從小學一直沿用到了初中。然而在物理學中，這個公式是非常不严谨的，它主线無法体現速度的矢量性，由于方程右边的两個量——旅程和時间都是標量。那么怎么對其進行修改呢？首先，我們将分子上的旅程换成位移，這样一来我們就得到了下面的公式： 這個式子的分子是一种矢量，而分母是一种標量。计算的措施是把的大小除以，而把的方向作為速度的方向。這样一来，我們就成功的表述了速度的大小和方向。速度的大小——速率，等于位移的大小和通過這段位移所用的時间的商；速度的方向就是位移的方向。中国的飞人刘翔在瑞士洛桑田径超级大奖赛男子110米栏的的比赛中，以12秒88打破了沉睡近之久(零325天)、由英国名将科林-杰克逊发明的12秒91的世界纪录，他的速度是多少？解：刘翔速度的大小，也即速率，為 不過，假如就這样解題完毕的话，就出現了錯误。由于速度包括大小和方向，必须要把方向也說出来才算完善。因此，我們還要說起速度的方向是從起點到终點。假如仅仅說出速率而不說方向的话，這道題就没分了。從上面的這道例題我們不难看出，此後碰到求解速度，位移等矢量的時候，我們不仅要计算大小，也要阐明方向甚至计算方向。接下来我們再详细分析一下刘翔跨栏的运動過程。刘翔110米栏的奔跑和跳跃，速率是8.54m/s，然而假如我們分析一下他在“平地”上跑動的速度和跨栏時候的速度，我們會发現他并不是匀速的。我們一起来看看下面這一组数据：路段起跑线至第三栏的距离第三栏到第八栏的距离第八栏到终點线的距离距离32.00m45.75m32.25m時间3.86s5.42s3.63s請大家根据上表的数据计算刘翔在110米栏中不一样的阶段所對应的速度。通過计算，相信大家已經得出了結论。刘翔在110米栏不一样的段上速度是不一样样的。也就是說從细微的角度上看，他并不能時時刻刻都保持8.54m/s。這個8.54m/s的速度，其实是他110米栏整個過程的一种平均速度。平均速度反应了刘翔110米栏整個运動過程的平均快慢水平。因此，我們說公式实际上是平均速度的定义。平均速度，等于一段時间内的位移与该時间段的比。這是一种非常严格的定义，规定我們假如求平均速度，一定首先确定规定的是哪一段位移或哪一段時间的平均速度，然後再去找相對应的時间或位移量，最终通過公式求出。看下面的例題：付老師上大課時酷愛运動，每天下午都要到运動場跑圈。他一般跑10圈，每圈的長度是400米。所用的時间大概在40分钟左右，求付老師的平均速度。面對這道題，诸多同學由于“惯性”直接用400米乘以10求出付老師40分钟内跑了4000米，然後再把40分钟化為2400秒，最终用4000/2400，得出1.67m/s的答案。然而，這是對的答案么？我們說這個答案是錯误的。规定付老師的平均速度，我們就必须按照平均速度的定义来求。根据公式我們說付老師在40分钟内跑了10圈，他真正的位移是0，由于他跑了10圈後来又回到了起點。因此付老師真正的平均速度是0。那么為何會出現這個答案呢？大家想想，平均速度的物理意义是什么？它其实是一种忽视细微运動而只关怀阶段或過程總量的一种运動快慢的表述参量。我們求付老師的平均速度，我們的本意是想求出他跑動的快慢，而平均速度并不关怀你究竟是怎么跑完了這4000米，也就是說他表述這4000米内详细某個點或某些點的速度快慢的能力非常差，它只考虑時间的起點和终點上分别對应的位置，然後作出位移，也就是說它只能告诉你對于這個运動的總過程，等效的平均快慢程度。從宏观上讲，40分钟之前，付老師在起點，40分钟之後，他還在起點，那么在平均速度的“眼裏”，付老師就主线没動，自然平均速度為零了。這样一来，我們就可以看到平均速度定义的局限性了。于是，為了反应细微時刻或某個點上物体运動快慢程度，我們給出如下點速度，也称為速度的定义公式： 這個公式是什么意思呢？首先，我們把我們的時间段取到非常非常小，小到比任意一种详细数值都小。那么与此同步，也會跟著一起变小。這样我們就把一种“段”逐渐缩短為一种“點”，因此速度的定义也就由针對“段”的平均速度演变為了刻画“點”的瞬時速度。此後，“速度”一詞有時指平均速度，有時指瞬時速度，需要根据上下文進行判断。四、打點计時器测速率两类打點计時器：電磁打點计時器和電火花计時器電磁打點计時器電火花打點计時器打點计時器是一种记录运動物体在一定期间间隔内位移的仪器。它使用交流電源，當電源的频率是50Hz時，它每隔0.02s打一种點。那么這样一来，相邻的两個點之间的時间间隔就是0.02s，而距离可以用直尺在紙带上進行测量。這样一来，我們就可以求出速率。注意，這個速率，是平均速度的速率。上述两种打點计時器是常用的打點计時器。電磁打點计時器是运用线圈和永久磁铁之间的作用使得振片振動，從而带動其上的振针上下振動，然後通過复写紙留下一串小點。而電火花计時器打點的并不是振针，而是電火花和墨粉，這样打點時對紙带形成的阻力就比较小，因而试验的误差也就比较小。

第二章匀变速直线运動一、速度变化快慢的描述——加速度速度是物体运動快慢的表征量。往往物体的运動并不是恒定速度的匀速直线运動，实际上在自然界裏基本上不存在匀速直线运動的例子，基本上所有的物体在运動的時候速度都會发生或多或少的变化。我們来看下面的例子：汽車百公裏加速時间是其发動机性能的一种重要参照指標。對于一般的家用型轿車，這個数值平均在20秒左右。這是什么意思呢？就是說汽車由静止到速度提高到100km/h，需要20秒的時间。不過，假如是F1方程式的赛車，或者专业的跑車，這個時间就會大大缩短。例如說大家熟悉的法拉利F1跑車及兰博基尼跑車，這個数值都可以到达4秒，也就是說只需要4秒钟的時间就可以将車速提高到了100km/h，這体現了发動机惊人的性能。而對于火車，這個数值却是500秒左右。由此我們可以看出，专业跑車的加速性能要高于家用跑車，愈加高于火車。我們說位移對時间的变化，用速度来表达，那么速度對時间的变化，又用什么来表达呢？答案是加速度。加速度的定义，就是速度對時间的变化率。 上式就是加速度的定义式。從這個式子我們可以看出，首先加速度也是一种矢量。他的大小等于速度变化量的大小与变化時间的商，而他的方向和速度变化量的方向是一致的。由于速度是一种矢量，因此速度的变化量也是一种矢量，他的定义是末态速度減初态速度 其中是末态速度，而是初态速度。在這裏，显然這是一种矢量減法的問題。為了简朴起見，我們考虑下面這样一种简化的模型：速度只是大小发生变化而方向并不发生变化，這個時候物体将做一维的直线运動，然後我們再深入简化，认為物体的速度