高中物理知识体系全览

HIGHSCHOOLPHYSICS高中物理知识体系全览公式·概念·应用力学

热学电磁学光学现代物理目录CONTENTS01力学基础运动学、牛顿定律、能量守恒、动量定理、万有引力02热学分子动理论、气体定律、热力学第一定律03电磁学电场强度、电势、恒定电流、磁场、电磁感应04光学光的传播、折射定律、全反射、光的干涉05现代物理原子结构、原子核衰变、质能方程学习建议理解公式的物理意义比死记硬背更重要。每个公式都蕴含着深刻的物理思想，掌握其适用条件和推导过程是学好物理的关键。CHAPTER01力学基础运动学·牛顿定律·能量与动量·万有引力运动学牛顿定律能量守恒万有引力运动学核心公式KinematicsCoreFormulas匀变速直线运动速度-时间关系vt=v0+at位移-时间关系s=v0t+½at²速度-位移关系vt²-v0²=2as适用条件：加速度a为恒量，运动轨迹为直线。推论：连续相等时间内的位移差Δs=aT²平抛运动水平方向（匀速）vx=v0x=v0t竖直方向（自由落体）vy=gty=½gt²轨迹方程y=gx²/(2v₀²)匀速圆周运动向心加速度a=v²/R=ω²R周期与频率T=1/f=2πR/v向心力F=mv²/R关键理解加速度：描述速度变化快慢，方向与Δv相同矢量性：运动学公式均为矢量式，需规定正方向独立性：各分运动独立进行，互不影响力与运动：牛顿定律Newton'sLawsofMotion1第一定律物体保持静止或匀速直线运动状态，除非有外力迫使改变惯性定律2第二定律物体加速度与合外力成正比，与质量成反比F=ma3第三定律作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线F=-F'常见力的计算公式重力G=mgg≈9.8m/s²弹力F=kxk为劲度系数滑动摩擦力f=μNμ为动摩擦因数静摩擦力0≤f≤fmfm为最大静摩擦力的合成与分解平行四边形定则：两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，对角线表示合力的大小和方向。合力公式（夹角为α）F合=√(F₁²+F₂²+2F₁F₂cosα)合力范围：|F₁-F₂|≤F合≤F₁+F₂核心要点•牛顿第二定律F=ma是力与运动的桥梁•合力与分力是等效替代关系•共点力平衡条件：∑F=0正交分解法将力沿x、y轴分解，分别求合力：Fx合=∑FixFy合=∑Fiy能量守恒与转化ConservationandTransformationofEnergy功W=Fscosθθ为力与位移夹角：0°≤θ<90°做正功；θ=90°不做功；90°<θ≤180°做负功功率P=W/t=Fv描述做功快慢的物理量。当P一定时，F与v成反比（汽车上坡换挡）动能与势能动能Ek=½mv²描述物体运动具有的能量重力势能Ep=mgh描述物体位置具有的能量弹性势能（弹簧）Ep=½kx²动能定理W合=ΔEk=Ek2-Ek1物理意义：合外力做的功等于物体动能的变化量适用性：适用于恒力或变力、直线或曲线运动优点：无需考虑中间过程，只需初末状态机械能守恒定律Ek1+Ep1=Ek2+Ep2守恒条件：只有重力或弹力做功，其他力不做功物理意义：动能与势能相互转化，总机械能不变与动能定理关系：机械能守恒是动能定理在特定条件下的特例功能关系本质功是能量转化的量度。重力做功量度重力势能变化，弹力做功量度弹性势能变化，合外力做功量度动能变化。能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。动量与冲量MomentumandImpulse动量p=mv描述物体运动状态的物理量，是矢量，方向与速度相同冲量I=Ft描述力对时间积累效应的物理量，是矢量，方向与合外力相同动量定理Ft=Δp=p'-p=mv'-mv物理意义：合外力的冲量等于物体动量的变化量适用性：适用于单个物体，可处理变力作用问题矢量性：动量变化方向与合外力方向相同动量定理vs动能定理动量定理•研究力对时间的积累•矢量关系动能定理•研究力对空间的积累•标量关系动量守恒定律m₁v₁+m₂v₂=m₁v₁'+m₂v₂'守恒条件：系统不受外力或合外力为零近似守恒：内力远大于外力（如碰撞、爆炸）矢量性：各动量方向需在一条直线上，规定正方向碰撞类型弹性碰撞•动量守恒+动能守恒非弹性碰撞•动量守恒+动能有损失完全非弹性碰撞•动量守恒+动能损失最大万有引力与天体运动UniversalGravitationandCelestialMotion万有引力定律F=Gm₁m₂/r²G=6.67×10⁻¹¹N·m²/kg²内容：任何两个有质量的物体之间都存在相互吸引的力特点：引力大小与质量乘积成正比，与距离平方成反比黄金代换公式：在地球表面附近，mg=GMm/R²，即gR²=GM天体运动基本公式第一宇宙速度v=√(gR)=√(GM/R)天体质量计算M=4π²r³/(GT²)开普勒第三定律r³/T²=k核心关系式•万有引力=向心力•GMm/r²=mv²/r=mω²r卫星运动规律轨道半径r越大：•线速度v越小•角速度ω越小•周期T越大•向心加速度a越小同步卫星特点：•周期T=24小时•轨道在赤道平面内•高度h≈3.6×10⁴km重要结论地球表面重力加速度g由万有引力产生，但重力不完全等于万有引力（考虑地球自转影响）。在高中物理中，通常认为g≈9.8m/s²。CHAPTER02热学分子动理论·气体定律·热力学定律分子动理论微观世界图景气体定律理想气体状态方程热力学定律能量守恒与转化热学基础与气体定律ThermodynamicsandGasLaws分子动理论阿伏伽德罗常数NA=6.02×10²³mol⁻¹分子直径数量级d≈10⁻¹⁰m•物质由大量分子组成，分子间有空隙•分子永不停息地做无规则运动（温度越高，运动越剧烈）•分子间存在引力和斥力理想气体三定律玻意耳定律p₁V₁=p₂V₂等温过程T不变查理定律p₁/T₁=p₂/T₂等容过程V不变盖-吕萨克定律V₁/T₁=V₂/T₂等压过程p不变理想气体状态方程pV=nRTR=8.31J/(mol·K)适用条件：理想气体（温度不太低、压强不太高）变形：pV/T=常量或p₁V₁/T₁=p₂V₂/T₂热力学第一定律ΔU=Q+W符号规定：外界对系统做功W>0；系统吸热Q>0物理意义：内能变化可通过做功和热传递实现热力学第二定律热量不能自发地从低温物体传到高温物体（方向性）CHAPTER03电磁学电场·恒定电流·磁场·电磁感应电场库仑定律电势与电势能恒定电流欧姆定律电功与电功率磁场安培力洛伦兹力电磁感应法拉第定律楞次定律电场强度与电势ElectricFieldIntensityandPotential库仑定律F=kQ₁Q₂/r²k=9.0×10⁹N·m²/C²适用条件：真空中的点电荷（r→0时不适用）电场强度定义式E=F/q点电荷电场E=kQ/r²电势与电势能电势差U=W/q单位正电荷从A到B电场力做的功电势能Ep=qφ电荷在电场中具有的能量匀强电场中电势差与场强关系U=Ed电场力做功W=qU特点：与路径无关，仅取决于初末位置电势差功能关系：电场力做正功，电势能减少关键理解•E由电场本身决定•φ和U与零电势点选取有关•电场线密处E较大•等势面与电场线垂直等势面特点•等势面上移动电荷不做功•电场线指向电势降低方向恒定电流与电路SteadyCurrentandCircuits电流I=q/t单位时间内通过导体横截面的电荷量电阻定律R=ρL/Sρ为电阻率，与材料和温度有关欧姆定律I=U/R适用于金属导体和电解液闭合电路欧姆定律I=E/(R+r)E=U外+U内=IR+Ir物理意义：电动势等于内外电路电压之和路端电压：U=E-Ir（I增大，U减小）特殊情况：开路时I=0，U=E；短路时U=0，I=E/r电功W=UIt电场力做的功，电能转化为其他形式能量电功率P=UI描述电流做功快慢的物理量焦耳定律Q=I²Rt电流通过导体产生的热量电功与电热的关系纯电阻电路W=QUIt=I²RtU=IR非纯电阻电路W>QUIt>I²RtU>IR磁场与电磁感应MagneticFieldandElectromagneticInduction磁感应强度B=F/(IL)描述磁场强弱和方向的物理量，是矢量磁通量Φ=BSsinθθ为磁场方向与面积法线方向的夹角磁场力安培力（电流在磁场中受力）F=BILsinθθ为B与I的夹角。方向用左手定则判断洛伦兹力（运动电荷在磁场中受力）F=qvBsinθθ为B与v的夹角。方向用左手定则判断法拉第电磁感应定律E=nΔΦ/Δtn为线圈匝数，Φ为磁通量物理意义：感应电动势与磁通量变化率成正比产生条件：磁通量发生变化（不一定需要闭合回路）导体切割磁感线E=BLvsinθ适用条件：B、L、v两两垂直时E=BLvθ意义：B与v之间的夹角左右手定则左手定则判断安培力和洛伦兹力右手定则判断感应电流方向CHAPTER04光学光的传播·光的波动性折射定律光的传播规律光的干涉光的波动性证明光的传播与干涉LightPropagationandInterference折射定律n=sini/sinr=c/vi：入射角，r：折射角c：真空中光速，v：介质中光速全反射sinC=1/n临界角C：折射角为90°时的入射角全反射条件：1.光从光密介质射向光疏介质2.入射角≥临界角光的干涉（双缝干涉实验）亮条纹条件Δs=nλ光程差为波长整数倍暗条纹条件Δs=(2n+1)λ/2光程差为半波长奇数倍条纹间距公式Δx=λL/d光的色散红光•n最小•v最大•λ最大•C最大紫光•n最大•v最小•λ最小•C最小物理意义•干涉现象证明了光的波动性•光程差决定条纹明暗•双缝干涉可测量光的波长光的本质光具有波粒二象性，既表现为波动性（干涉、衍射），又表现为粒子性（光电效应）。CHAPTER05现代物理原子结构·原子核·相对论基础原子结构玻尔模型原子核衰变与核反应相对论质能方程原子物理与相对论AtomicPhysicsandRelativity氢原子能级En=E₁/n²E₁=-13.6eVn为主量子数能级跃迁：原子从高能级跃迁到低能级时辐射光子光子能量：hν=E高-E低玻尔理论：电子只能在特定轨道上运动，能量是量子化的原子核衰变α衰变放出一个α粒子（He核）β衰变放出一个β粒子（电子）γ衰变放出γ光子（高能电磁波）半衰期公式N=N₀(1/2)^(t/T)半衰期特点：由核内部因