高一物理知识手册（下）

知识体系：章节概述：该模块主要包括三部分内容：曲线运动及运动的合成与分解、平抛运动和圆周运动。在曲线运动及运动的合成与分解部分，首先引入了曲线运动的定义，并通过与力的合成与分解进行类比，引入了运动的合成与分解的定义，其次，针对曲线运动的条件及轨迹与受力情况进行了详细的分析和介绍，最后就曲线运动和运动的合成与分解的应用条件和方法进行讲解，并引入典型模型：小船渡河模型进行了分类讲解。在平抛运动部分，首先介绍了平抛运动的定义和性质特点，其次介绍了斜抛运动的定义及性质特点，并通过图表结合的方式充分展示其特点，最后就平抛运动的两种典型模型：斜面上的平抛运动进行分析，加强对平抛运动的理解。在圆周运动部分，首先引入了匀速圆周运动的定义，并介绍了匀速圆周运动的特点及产生条件，其次就描述圆周运动的几个物理量进行了分析讲解，包括：线速度、角速度、周期及向心力加速度，并推导出了这几个物理量之间的关系以及对应的单位。再者介绍了产生匀速圆周运动的向心力，包括大小方向以及计算方法等，最后就圆周运动的一种特殊情况：“离心现象”进行介绍和分析。知识清单：(2)运动的性质：做曲线运动的物体，速度的方向时刻在改变，所以曲线运动一定是变速运动。2.运动的合成与分解(2)分解原则：根据运动的实际效果分解，也可采用正交分解。位移、速度、加速度都是矢量，故它们的合成与分解都遵循平行四边形定则。3.物体做曲线运动的条件及轨迹分析合外力与初速度不共线。(2)合力方向与轨迹的关系②曲线运动轨迹始终夹在合力方向与速度方向之间，而且向合力的方向弯曲，或者说合力的方向总是指向轨迹的“凹”侧。(3)合力方向与速率变化的关系①当合力方向与速度方向的夹角为锐角时，物体的速率增大。②当合力方向与速度方向的夹角为钝角时，物体的速率减小。时，物体的速率不变。4.运动的合成与分解及应用(1)合运动和分运动的关系等时性各分运动经历的时间与合运动经历的时间相等独立性他分运动的影响等效性各分运动的规律叠加起来与合运动的规律有完全相同的效果(2)运动的合成与分解的运算法则运动的合成与分解是指描述运动的各物理量即位移、速度、加速度的合成与分解，于它们均是矢量，故合成与分解都遵守平行四边形定则。5.小船渡河模型(1)船的实际运动：是水流的运动和船相对静水的运动的合运动。(2)三种速度：船在静水中的速度、水的流速、船的实际速度v。说明渡河时间最短当船头垂直河岸时，渡河时间最短，最短时间渡河位移最短速度方向垂直，渡河位移最短，最短渡河位移1.平抛运动(1)定义：以一定的初速度沿水平方向抛出的物体只在重力作用下的运动。(2)性质：平抛运动是加速度为g的匀加速曲线运动，其运动轨迹是抛物线。(3)平抛运动的条件：②只受重力作用。(4)研究方法：平抛运动可以分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动。(5)基本规律水平方向竖直方向，，合速度向与水平方向夹角的正切合位移向与水平方向夹角的正切轨迹方程2.斜抛运动(说明：斜抛运动只作定性要求)用下(2)性质：加速度为重力加速度g的匀变速曲线运动，轨迹是抛物线。(3)研究方法：斜抛运动可以看做水平方向的匀速直线运动和竖直方向的匀变速直线运动的合运动。3.平抛运动规律的应用h与其他因素无关。(3)落地速度：，以θ表示落地速度与x轴正方向间的夹角，有，所以落地速度只与初速度v0和下落高度h有关。(4)两个重要推论①做平抛运动的物体在任意时刻的瞬时速度的反向延长线一定通过此时水平位推导：tanθ＝xAtanθ＝＝―→xB＝2xA②做平抛(或类平抛)运动的物体在任一时刻，设其速度方向与水平方向的夹角为tan推导：―→tanθ＝2tan―→tanθ＝2tanαtanα＝4.斜面上平抛运动的两个典型模型运动情景求平抛物理量分解速度建速度三角进一步确定位移⇒⇒⇒分解位移，⇒建位移三角进一步确定速度1.匀速圆周运动、角速度、线速度、向心加速度(1)匀速圆周运动①定义：做圆周运动的物体，若在相等的时间内通过的圆弧长相等，就是匀速圆周运动。③条件：合外力大小不变、方向始终与速度方向垂直且指向圆心。(2)描述匀速圆周运动的物理量线速度描述做圆周运动的物体运动快慢的物理量(v)(2)单位：角速度描述物体绕圆心转动快慢的物理量(ω)周期物体沿圆周运动一圈的时间(T)(2)(1)描述速度方向变化快慢的物理量(an)加速度(2)方向指向圆心2.匀速圆周运动的向心力大小。(2)大小：。。心力可以由一个力提供，也可以由几个力的合力提供，还可以由一个力的分力提供。(1)定义：做圆周运动的物体，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动。(3)受力特点第二模块·万有引力与航天知识体系：章节概述：该模块知识主要介绍了万有引力以及万有引力的应用。在万有引力部分，首先介绍了开普勒三大定律，介绍了他们的内容及对应的公式。其次，引入了万有引力，包括定义、表达式以及万有引力的适用条件，并对三大宇宙速度进行了分析及推导，并结合具体数据算出三大宇宙速度的具体大小。最后介绍了经典时空观以及相对论时空观。在万有引力的应用部分，主要是对万有引力的几种典型应用进行分析，通过结合具体模型进一步加深对万有引力部分知识的掌握和理解。首先进行探究的是星体表面的加速度问题，以地球为例进行探究得到了计算星体表面的重力加速度的计算方法。其次，介绍了天体质量和密度的估算方法以及注意事项，并总结出了不同条件下的计算天体质量和密度的公式，以表格的形式呈现，便于对比记忆。最后介绍了卫星的运行规律以及多星模型。知识清单：万有引力与航天1.开普勒定律(1)开普勒第一定律：所有行星绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在椭圆的一个焦点上。：对任意一个行星来说，它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等。(3)开普勒第三定律：所有行星轨道的半长轴的三次方跟它的公转周期的二次方的比都相等。其中k只与中心天体的质量有关。公式：2.万有引力定律及其应用力的大小与物体的质量和的乘积成正比，与它们之间距离r的平方成反比。(2)表达式：G为引力常量：。(3)适用条件①公式适用于质点间的相互作用。当两个物体间的距离远远大于物体本身的大小②质量分布均匀的球体可视为质点，r是两球心间的距离。3.环绕速度(1)第一宇宙速度是指卫星从地面上发射的发射速度。(2)第一宇宙速度是人造地球卫星在地面附近绕地球做匀速圆周运动时具有的速(3)第一宇宙速度是人造卫星的最大环绕速度，同时数值上也是人造地球卫星的最小发射速度。(4)第一宇宙速度的计算方法。①由得②由得4.第二宇宙速度和第三宇宙速度(1)第二宇宙速度：，使物体挣脱地球引力束缚，永远离开地球的最小发射速度。(2)第三宇宙速度：，使物体挣脱太阳引力束缚，飞到太阳系外的最小发射速度。5.经典时空观和相对论时空观观①在经典力学中，物体的质量是不随运动状态而改变的。②在经典力学中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是相同的。(2)相对论时空观①在狭义相对论中，物体的质量是随物体运动速度的增大而增大的，用公式表示②在狭义相对论中，同一物理过程发生的位移和对应时间的测量结果在不同的参考系中是不同的。 (3)狭义相对论的两条基本假设②光速不变原理：不管在哪个惯性系中，测得的真空中的光速都是不变的。知识拓展：三大宇宙速度是从研究两个质点在万有引力作用下的运动规律出发，人们通常把航天器达到环绕地球、脱离地球和飞出太阳系所需要的最小发射速度，分别称为第一宇宙速度(牛顿称之为环绕速度)、第二宇宙速度(脱离速度)和第三宇宙速度(太阳的逃逸速度)。第一宇宙速度：航天器沿地球表面作圆周运动时必须具备的发射速度，第一宇宙速度，也叫环绕速度，以下记为。按照力学理论可以计算出公里/秒。但在精确计算中，航天器在距离地面表面数百公里以上的高空运行，地球对航天器引力比在地面时要略小，故其速度也略小于。第二宇宙速度：当航天器超过第一宇宙速度达到(即约)时，它就会脱离地球的引力场而成为围绕太阳运行的人造行星，这个速度就叫做第二宇宙速度，亦称脱离速度。所谓摆脱地球束缚，就是几乎不受地球引力影响，这与处于离地球无穷远点的位置得情况等价。这里要注意，由于月球还未超出地球引力的范围，故从地面发射探月航天器，不需要达到第二宇宙速度v2，实际上其初始速度不小于即可。第三宇宙速度：从地球表面发射航天器，飞出太阳系，到浩瀚的银河系中漫游所需要的最小发射速度，就叫做第三宇宙速度。按照力学理论可以计算出第三宇宙速度公里/秒。需要注意的是，这是选择航天器入轨速度与地球公转速度方向一致时计算出的值；如果方向不一致，所需速度就要大于公里/秒了。可以说，航天器的速度是挣脱地球乃至太阳引力的唯一要素，只有火箭才能突破该宇宙速度。1.地球表面上的重力加速度问题(1)在地球表面附近的重力加速度(不考虑地球自转)：(2)在地球上空距离地心处的重力加速度为g′所以2.天体质量和密度的估算(1)估算天体质量和密度时应注意的问题①利用万有引力提供天体做圆周运动的向心力估算天体质量时，估算的只是中心R径r，只有在天体表面附近的卫星才有r≈R；计算天体密度时，中的R只能是中心天体的半径。③天体质量估算中常有隐含条件，如地球的自转周期为24h，公转周期为365天等。注意黄金代换式的应用。 (2)中心天体质量和密度常用的估算方法使用方法利用公式表达式备注质量的计算利用运行天体只能得到体量r、v利用天体表面重力加速—度密度的计算利用运行天体r、T、R利用近地卫星只需测出其运行周期利用天体表面重力加速度g、R—3.卫星的运行规律道②极地轨道：卫星的轨道过南北两极，即在垂直于赤道的平面内，如极地气象卫③其他轨道：除以上两种轨道外的卫星轨道，且轨道平面一定通过地球的球心。(2)卫星的线速度、角速度、周期与轨道半径的关系(r＝R地＋h)线速度越高越慢角速度周期G＝mr加速度(3)同步卫星的六个“一定”两颗可视星构成的双星系统三星系统(正三角形排列)三星系统(直线等间距排列)示意图向心力来源彼此给对方的万有引力另外两星球对其万有引力的合力另外两星球对其万有引力的合力第三模块·机械能知识体系：章节概述：该模块主要介绍了与机械能相关的知识点，主要包括：功和功率、动能定理、机械能守恒定律以及能量守恒定理。在功和功率部分，主要介绍了功和功率的定义及计算方法，以及正功和负功的判断及计算，最后就机车启动的两种模型进行分析，以达到充分加深对功率部在动能定理部分，首先介绍了动能定理的理解及应用，并着重介绍了动能定理在多过程运动中的应用，最后，针对与图像相关的动能定理的应用进行了汇总介绍。在机械能守恒部分，首先介绍的是重力势能和重力做功的定义，并引入了机械能守恒的定义以及判断条件，其次分析了单个物体机械能守恒的判断，最后，将机械能守恒定理和动能定理进行了对比说明。在能量守恒部分，首先对功能关系以及能量守恒定律的定义进行了介绍，加深了对功能关系的理解，接着对摩擦力做功的两种特点进行了对比分析，最后对能量守恒定律的基本解题思路进行说明。知识清单：机械能.功(1)做功的两个要素①作用在物体上的力；②物体在力的方向上发生的位移。①是力与位移方向之间的夹角，l为物体对地的位移。②该公式只适用于恒力做功。(3)功的正负角功的正负力对物体做正功力对物体不做功力对物体做负功或说成物体克服这个力做了功2.正、负功的判断及计算(1)判断力是否做功及做正、负功的方法判断根据适用情况根据力和位移的方向的夹角判断常用于恒力做功的判断根据力和瞬时速度方向的夹角判断常用于质点做曲线运动根据功能关系或能量守恒定律判断常用于变力做功的判断(2)计算功的方法①恒力做的功直接用计算。②合外力做的功F数和的方法求合外力做的功。③变力做的功a.应用动能定理求解。b.用求解，其中变力的功率不变。c.常用方法还有转换法、微元法、图象法、平均力法等，求解时根据条件灵活选3.功率(2)物理意义：描述力对物体做功的快慢。(3)公式①，为时间内的平均功率。②(为与的夹角)(4)额定功率：机械正常工作时输出的最大功率。4.功率的理解及计算(1)平均功率的计算方法①利用。②利用，其中为物体运动的平均速度。(2)瞬时功率的计算方法①利用公式，其中为时刻的瞬时速度。,其中,其中为物体的速度在力方向上的分速度。，其中为物体受到的外力F在速度v方向上的分力。③5.机车的两种启动模型的分析启动方式恒定功率启动恒定加速度启动P－t图和v－t图OA段过程分析P额不变：⇒a＝F－F阻↓mF不变F不变运动性质加速度减小的加速直线运动AB段过程分析运动性质以匀速直线运动加速度减小的加速运动，在B点达到最大速度，BC段无匀速直线运动变化。(2)表达式：或。(3)物理意义：合外力的功是物体动能变化的量度。3.动能定理的理解及应用(1)动能定理公式中体现的“三个关系”①数量关系：即合力所做的功与物体动能的变化具有等量代换关系。可以通过计②单位关系：等式两侧物理量的国际单位都是焦耳。③因果关系：合力的功是引起物体动能变化的原因。图线与坐标轴围成的面积表示物体的位移。图线与坐标轴围成的面积表示物体速度的图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功。图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功图线与坐标轴围成的面积表示物体的位移。图线与坐标轴围成的面积表示物体速度的图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功。图线与坐标轴围成的面积表示力所做的功。动能定理叙述中所说的“外力”，既可以是重力、弹力、摩擦力，也可以是电场力、磁场力或其他力。4.动能定理在多过程中的应用一过程”“两状态”即明确研究对象的始、末状态的速度或动能情况；“一过程”即明确研究过程，确定这一过程研究对象的受力情况和位置变化或位移信息。(2)应用动能定理解题的基本思路变化量。③图：由公式可知，可知，1.重力做功与重力势能(1)重力做功的特点①重力做功与路径无关，只与始、末位置的高度差有关。②重力做功不引起物体机械能的变化。(2)重力做功与重力势能变化的关系①定性关系：重力对物体做正功，重力势能就减小；重力对物体做负功，重力势能就增大。。③重力势能的变化量是绝对的，与参考面的选取无关。(3)弹性势能①概念：物体由于发生弹性形变而具有的能。③弹力做功与弹性势能变化的关系：类似于重力做功与重力势能变化的关系，用公式表示：。2.机械能守恒定律及应用(1)机械能：动能和势能统称为机械能，其中势能包括弹性势能和重力势能。(2)机械能守恒定律①内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变。②表达式：。(3)守恒条件：只有重力或弹簧的弹力做功。3.机械能守恒的判断(1)机械能守恒的判定方法①做功判断法：若物体系统内只有重力和弹簧弹力做功，其他力均不做功或其他②能量转化判断法：若只有系统内物体间动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统跟外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变成其他形式的能(如没有4.单个物体的机械能守恒(1)机械能守恒定律的表达式(2)机械能守恒定律与动能定理的比较机械能守恒定律动能定理不同点适用条件只有重力或弹力做功允许重力和弹力做功，还允许其他力做功分析思路只需分析研究对象初、末状态的动能和势能不但要分析研究对象初、末状态的动能，还要分析所有外力所做的功研究对象一般是物体组成的系统一般是一个物体(质点)书写方式有多种书写方式，一般常用等号两边都是动能与势能的和等号左边一定是合力的总功，右边是动能的变化相同点(1)思想方法相同：机械能守恒定律和动能定理都是从做功和能量转化的角度来研究物体在力的作用下状态的变化。(2)表达这两个规律的方程都是标量式1.功能关系转化。(2)做功的过程一定伴随着能量的转化，而且能量的转化必须通过做功来实现。2.能量守恒定律，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。3.对功能关系的理解与应用功是能量转化的量度，力学中几种常见的功能关系如下：4.摩擦力做功的特点及应用两种摩擦力做功特点的比较静摩擦力滑动摩擦力不同点能量的转化面在静摩擦力做功的过程物体转移到另一个物体(静摩擦力起着传递机(1)相互摩擦的物体通过摩擦力做功，将部分机械能从一个物体转移到另一个物体(2)一部分机械能转化为内械能转化为其他形式的能械能的损失量一对摩擦力的总功方面一对静摩擦力所做功的代数和总等于零一对相互作用的滑动摩擦力于摩擦力与两个物体相对路损失的机械能转化成内能相同点不做功方面两种摩擦力对物体均可以做正功、负功，还可以不做功5.能量守恒定律的应用(1)对能量守恒定律的理解①转化：某种形式的能量减少，一定存在其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。②转移：某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量相等。(2)运用能量守恒定律解题的基本思路守恒定律知识体系：章节概述：该模块主要是对与动量守恒定律相关的知识进行介绍。首先介绍了冲量的定义及表达式，接着介绍了动量的概念及表达式，然后引入了动量定理的概念，并详细阐述了动能定理的表达式以及意义。接下来引入动量守恒的概念，动量守恒定律是针对一个系统而言，分析了其适用条件，以及具体的应用模型，包括弹性碰撞和非弹性碰撞，并详细介绍了用以验证动量守恒定律的实验，并针对不同的实验方案进行对比讨论。知识清单：动量守恒定律(1)定义：运动物体的质量和速度的乘积叫做物体的动量，通常用来表示。。2.冲量(1)定义：力和力的作用时间的乘积叫做力的冲量。(2)表达式：。单位：。动量定理物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受合外力的冲量表达式或合外力的冲量是引起物体动量变化的原因标矢性矢量式(注意正方向的选取)4.动量守恒定律(1)内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。(2)表达式：或。或(3)适用条件②近似守恒：系统受到的合力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒。系统在某个方向上所受合力为零时，系统在该方向上动量守恒。.定义碰撞是指物体间的相互作用持续时间很