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高中物理基本概念、定理、定律、公式(表达式

天使

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正文:

高中物理基本概念、定理、定律、公式(表达式)总表
一、质点的运动(1)——直线运动
1)匀变速直线运动
1.平均速度V平=S/t (定义式) 2.有用推论Vt2 -Vo2=2as
3.中间时刻速度 Vt/2=V平=(Vt+Vo)/2 4.末速度Vt=Vo+at
5.中间位置速度Vs/2=[(Vo2 +Vt2)/2]1/2 6.位移S= V平t=Vot + at2/2=Vt/2t
7.加速度a=(Vt-Vo)/t 以Vo为正方向,a与Vo同向(加速)a>0;反向则a<0 8.实验用推论ΔS=aT2 ΔS为相邻连续相等时间(T)内位移之差 9.主要物理量及单位:初速(Vo):m/s 加速度(a):m/s2 末速度(Vt):m/s 时间(t):秒(s) 位移(S):米(m) 路程:米 速度单位换算:1m/s=3.6Km/h 注:(1)平均速度是矢量。(2)物体速度大,加速度不一定大。(3)a=(Vt-Vo)/t只是量度式,不是决定式。(4)其它相关内容:质点/位移和路程/s--t图/v--t图/速度与速率/ 2) 自由落体 1.初速度Vo=0 2.末速度Vt=gt 3.下落高度h=gt2/2(从Vo位置向下计算) 4.推论Vt2=2gh 注:(1)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,遵循匀变速度直线运动规律。 (2)a=g=9.8≈10m/s2 重力加速度在赤道附近较小,在高山处比平地小,方向竖直向下。 3) 竖直上抛 1.位移S=Vot- gt2/2 2.末速度Vt= Vo- gt (g=9.8≈10m/s2 ) 3.有用推论Vt2 -Vo2=-2gS 4.上升最大高度Hm=Vo2/2g (抛出点算起) 5.往返时间t=2Vo/g (从抛出落回原位置的时间) 注:(1)全过程处理:是匀减速直线运动,以向上为正方向,加速度取负值。(2)分段处理:向上为匀减速运动,向下为自由落体运动,具有对称性。(3)上升与下落过程具有对称性,如在同点速度等值反向等。 二、质点的运动(2)----曲线运动 万有引力 1)平抛运动 1.水平方向速度Vx= Vo 2.竖直方向速度Vy=gt 3.水平方向位移Sx= Vot 4.竖直方向位移(Sy)=gt2/2 5.运动时间t=(2Sy/g)1/2 (通常又表示为(2h/g)1/2) 6.合速度Vt=(Vx2+Vy2)1/2=[Vo2+(gt)2]1/2 合速度方向与水平夹角β: tgβ=Vy/Vx=gt/Vo 7.合位移S=(Sx2+ Sy2)1/2 , 位移方向与水平夹角α: tgα=Sy/Sx=gt/2Vo 注:(1)平抛运动是匀变速曲线运动,加速度为g,通常可看作是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成。(2)运动时间由下落高度h(Sy)决定与水平抛出速度无关。(3)θ与β的关系为tgβ=2tgα 。(4)在平抛运动中时间t是解题关键。(5)曲线运动的物体必有加速度,当速度方向与所受合力(加速度)方向不在同一直线上时物体做曲线运动。 2)匀速圆周运动 1.线速度V=s/t=2πR/T 2.角速度ω=Φ/t=2π/T=2πf 3.向心加速度a=V2/R=ω2R=(2π/T)2R 4.向心力F心=mV2/R=mω2R=m(2π/T)2R 5.周期与频率T=1/f 6.角速度与线速度的关系V=ωR 7.角速度与转速的关系ω=2πn (此处频率与转速意义相同) 8.主要物理量及单位: 弧长(S):米(m) 角度(Φ):弧度(rad) 频率(f):赫(Hz) 周期(T):秒(s) 转速(n):r/s 半径(R):米(m) 线速度(V):m/s 角速度(ω):rad/s 向心加速度:m/s2 注:(1)向心力可以由具体某个力提供,也可以由合力提供,还可以由分力提供,方向始终与速度方向垂直。(2)做匀速度圆周运动的物体,其向心力等于合力,并且向心力只改变速度的方向,不改变速度的大小,因此物体的动能保持不变,但动量不断改变。 3)万有引力 1.开普勒第三定律T2/R3=K(=4π2/GM) R:轨道半径 T :周期 K:常量(与行星质量无关) 2.万有引力定律F=Gm1m2/r2 G=6.67×10-11N·m2/kg2方向在它们的连线上 3.天体上的重力和重力加速度GMm/R2=mg g=GM/R2 R:天体半径(m) 4.卫星绕行速度、角速度、周期 V=(GM/R)1/2 ω=(GM/R3)1/2 T=2π(R3/GM)1/2 5.第一(二、三)宇宙速度V1=(g地r地)1/2=7.9Km/s V2=11.2Km/s V3=16.7Km/s 6.地球同步卫星GMm/(R+h)2=m4π2(R+h)/T2 h≈36000 km h:距地球表面的高度 注:(1)天体运动所需的向心力由万有引力提供,F心=F万。(2)应用万有引力定律可估算天体的质量密度等。(3)地球同步卫星只能运行于赤道上空,运行周期和地球自转周期相同。(4)卫星轨道半径变小时,势能变小、动能变大、速度变大、周期变小。(5)地球卫星的最大环绕速度和最小发射速度均为7.9Km/S。 三、力(常见的力、力矩、力的合成与分解) 1)常见的力 1.重力G=mg方向竖直向下g=9.8m/s2 ≈10 m/s2 作用点在重心 适用于地球表面附近 2.胡克定律F=kX 方向沿恢复形变方向 k:劲度系数(N/m) X:形变量(m) 3.滑动摩擦力f=μN 与物体相对运动方向相反 μ:摩擦因数 N:正压力(N) 4.静摩擦力0≤f静≤fm 与物体相对运动趋势方向相反 fm为最大静摩擦力 5.万有引力F=Gm1m2/r2 G=6.67×10-11N·m2/kg2 方向在它们的连线上 6.静电力F=KQ1Q2/r2 K=9.0×109N·m2/C2 方向在它们的连线上 7.电场力F=Eq E:场强N/C q:电量C 正电荷受的电场力与场强方向相同 8.安培力F=BILsinθ θ为B与L的夹角 当 L⊥B时: F=BIL , B//L时: F=0 9.洛仑兹力f=qVBsinθ θ为B与V的夹角 当V⊥B时: f=qVB , V//B时: f=0 注:(1)劲度系数K由弹簧自身决定(2)摩擦因数μ与压力大小及接触面积大小无关,由接触面材料特性与表面状况等决定。(3)fm略大于μN 一般视为fm≈μN (4)物理量符号及单位 B:磁感强度(T), L:有效长度(m), I:电流强度(A),V:带电粒子速度(m/S), q:带电粒子(带电体)电量(C),(5)安培力与洛仑兹力方向均用左手定则判定。 2)力矩 1.力矩M=FL L为对应的力的力臂,指力的作用线到转动轴(点)的垂直距离 2.转动平衡条件 M顺时针= M逆时针 M的单位为N·m 此处N·m≠J 3)力的合成与分解 1.同一直线上力的合成 同向: F=F1+F2 反向:F=F1-F2 (F1>F2)
2.互成角度力的合成
F=(F12+F22+2F1F2cosα)1/2 F1⊥F2时: F=(F12+F22)1/2     

    
     
                                     

3.合力大小范围 |F1-F2|≤F≤|F1+F2|     
4.力的正交分解Fx=Fcosβ Fy=Fsinβ β为合力与x轴之间的夹角tgβ=Fy/Fx
注:(1)力(矢量)的合成与分解遵循平行四边形定则。(2)合力与分力的关系是等效替代关系,可用合力替代分力的共同作用,反之也成立。(3)除公式法外,也可用作图法求解,此时要选择标度严格作图。(4)F1与F2的值一定时,F1与F2的夹角(α角)越大合力越小。(5)同一直线上力的合成,可沿直线取正方向,用正负号表示力的方向,化成代数运算。
四、动力学(运动和力)
1.第一运动定律(惯性定律):物体具有惯性,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。
2.第二运动定律:F合=ma 或a=F合/m a由合外力决定,与合外力方向一致。
3.第三运动定律F= -F´ 负号表示方向相反,F、F´各自作用在对方,实际应用:反冲运动
4.共点力的平衡F合=0 二力平衡 5.超重:N>G 失重:Nr0 f引>f斥 F分子力表现为引力
(4) r>10r0 f引=f斥≈0 F分子力≈0 E分子势能≈0
5.热力学第一定律W+Q=ΔE (做功和热传递,这两种改变物体内能的方式,在效果上是等效的) W:外界对物体做的正功(J) Q:物体吸收的热量(J) ΔE:增加的内能(J)
注:(1)布朗粒子不是分子,布朗粒子越小布朗运动越明显,温度越高越剧烈。(2)温度是分子平均动能的标志。(3)分子间的引力和斥力同时存在,随分子间距离的增大而减小,但斥力减小得比引力快。(4)分子力做正功分子势能减小,在r0处F引=F斥且分子势能最小。(5)气体膨胀,外界对气体做负功W<0。(6)物体的内能是指物体所有的分子动能和分子势能的总和。对于理想气体分子间作用力为零,分子势能为零。(7)能的转化和定恒定律,能源的开发与利用见教材A195。(8)r0为分子处于平衡状态时,分子间的距离。 九、气体的性质 1.标准大气压 1atm=1.013×105Pa=76cmHg ( 1Pa=1N/m2 ) 2.热力学温度与摄氏温度关系T=t+273 T:热力学温度(K) t:摄氏温度(℃) 3.玻意耳定律(等温变化)P1V1=P2V2 PV=恒量 P:气体压强 V:气体体积 4.查理定律(等容变化)Pt=Po(1+t/273) Po:该气体0℃时的压强 P1/T1=P2/T2 5.盖∙吕萨克定律(等压变化)Vt=Vo(1+t/273) VO:该气体0℃时的体积 V1/V2=T1/T2 6.理想气体的状态方程P1V1/T1=P2V2/T2 PV/T=恒量 T为热力学温度(K) 7.*克拉珀龙方程PV=MRT/μ R=8.31J/mol·K M:气体的质量 μ:气体摩尔质量 注:(1)理想气体的内能与理想气体的体积无关,与温度和物质的量有关。(2)公式3、4、5、6成立条件均为一定质量的理想气体,使用公式时要注意温度的单位,t为摄氏温度(℃),而T为热力学温度(K)。(3)P--V图、P--T图、V--T图要求熟练掌握。 十、电场 1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷(e=1.60×10-19C) 2.库仑定律F=KQ1Q2/r2(在真空中)*F=KQ1Q2/εr2(在介质中) F:点电荷间的作用力(N) K:静电力常量K=9.0×109N·m2/C2 Q1、Q2:两点荷的电量(C) ε:介电常数 r:两点荷间的距离(m) 方向在它们的连线上,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。 3.电场强度E=F/q (定义式、计算式) E :电场强度(N/C) q:检验电荷的电量(C) 是矢量 4.真空点电荷形成的电场E=KQ/r2 r:点电荷到该位置的距离(m) Q:点电荷的电亘 5.电场力F=qE F:电场力(N) q:受到电场力的电荷的电量(C) E:电场强度(N/C) 6.电势与电势差UA=εA/q UAB=UA- UB UAB =WAB/q=- ΔεAB/q 7.电场力做功WAB= qUAB WAB:带电体由A到B时电场力所做的功(J) q:带电量(C) UAB:电场中A、B两点间的电势差(V) (电场力做功与路径无关) 8.电势能εA=qUA εA:带电体在A点的电势能(J) q:电量(C) UA:A点的电势(V) 9.电势能的变化ΔεAB =εB- εA (带电体在电场中从A位置到B位置时电势能的差值) 10.电场力做功与电势能变化ΔεAB= -WAB= -qUAB (电势能的增量等于电场力做功的负值) 11.电容C=Q/U (定义式,计算式) C:电容(F) Q:电量(C) U:电压(两极板电势差)(V) 12.匀强电场的场强E=UAB/d UAB:AB两点间的电压(V) d:AB两点在场强方向的距离(m) 13.带电粒子在电场中的加速(Vo=0) W=ΔEK qu=mVt2/2 Vt=(2qU/m)1/2 14.带电粒子沿垂直电场方向以速度Vo进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用的情况下) 类似于平 垂直电杨方向:匀速直线运动L=Vot (在带等量异种电荷的平行极板中:E=U/d) 抛运动 平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动 d=at2/2 a=F/m=qE/m 15.*平行板电容器的电容C=εS/4πKd S:两极板正对面积 d:两极板间的垂直距离 注:(1)两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷的总量平分。(2)电场线从正电荷出发终止于负电荷,电场线不相交,切线方向为场强向,电场线密处场强大,顺着电场线电势越来越低,电场线与等势线垂直。(3)常见电场的电场线分布要求熟记,(见图、[教材B7、C178])。(4)电场强度(矢量)与电势(标量)均由电场本身决定,而电场力与电势能还与带电体带的电量多少和电荷正负有关。(5)处于静电平衡导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面.导体内部合场强为零,导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面。(6)电容单位换算1F=106μF=1012PF (7)电子伏(eV)是能量的单位,1eV=1.60×10-19J。(8)静电的产生、静电的防止和应用要掌握。 十一、恒定电流 1.电流强度I=q/t I:电流强度(A) q:在时间t内通过导体横载面的电量(C) t:时间(S) 2.部分电路欧姆定律I=U/R I:导体电流强度(A) U:导体两端电压(V) R:导体阻值(Ω) 3.电阻 电阻定律R=ρL/S ρ:电阻率(Ω·m) L:导体的长度(m) S:导体横截面积(m2) 4.闭合电路欧姆定律I=ε/( r + R) ε= Ir + IR ε=U内+U外 I:电路中的总电流(A) ε:电源电动势(V) R:外电路电阻(Ω) r:电源内阻(Ω) 5.电功与电功率 W=UIt P=UI W:电功(J) U:电压(V) I:电流(A) t:时间(S) P:电功率(W) 6.焦耳定律Q=I2Rt Q:电热(J) I:通过导体的电流(A) R:导体的电阻值(Ω) t:通电时间(S) 7.纯电阻电路中:由于I=U/R,W=Q因此W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R 8.电源总动率、电源输出功率、电源效率 P总=Iε P出=IU η=P出/P总 I:电路总电流(A) ε:电源电动势(V) U:端电压(V) η:电源效率 9.电路的串/并联 串联电路(P、U与R成正比) 并联电路(P、I与R成反比) 电阻关系 R串=R1+R2+R3+ 1/R并=1/R1+1/R2+1/R3+ 电流关系 I总=I1=I2=I3 I并=I1+I2+I3+ 电压关系 U总=U1+U2+U3+ U总=U1=U2=U3= 功率分配 P总=P1+P2+P3+ P总=P1+P2+P3+ 10.欧姆表测电阻 (1)电路组成 (2)测量原理 两表笔短接后,调节Ro使电表指针满偏得 Ig=ε/(r+Rg+Ro) 接入被测电阻Rx后通过电表的电流为 Ix=ε/(r+Rg+Ro+Rx)=ε/(R中+Rx) 由于Ix与Rx对应,因此可指示被测电阻大小 (3)使用方法:选择量程、短接调零、测量读数、 注意档位(倍率)。 (4)注意:测量电阻要与原电路脱开,选择量程使指针在中央附近,每次换档要重新短接调零。 11.伏安法测电阻 电流表内接法: 电流表外接法:                                      电压表示数:U=UR+UA 电流表示数:I=IR+IV R的测量值=U/I=(UA+UR)/IR=RA+R>R R的测量值=U/I=UR/(IR+IV)= RVR/(RV+R)>RA [或R>(RARV)1/2] 选用电路条件R<4f
f :凸透镜的焦距 L :物与屏之间的距离 d:移动凸透镜两次成像位置间的距离
6.光从介质中进入真空或空气中时发生全反射的临界角C: sinC=1/n
7.凸透镜中物和像的移动速度比较:成倒立缩小像时,物移动速度大于像移动速度:V物>V像。
注:(1)平面镜反射成像规律:成等大正立的虚像,像与物沿平面镜对称。(2)三棱镜折射成像规律:成虚像,出射光线向底边偏折,像的位置向顶角偏移。(3) 在用共轭法求凸透镜的焦距时成像时,第一次成像的物距就是第二次成像的像距。(4)凹透镜与凸面镜成都是缩小的虚像。(5)光导纤维是光的全反射的实际应用,放大镜是凸透镜,近视眼镜是凹透镜(6)熟记各种光学仪器的成像规律,利用反射(折射)规律、光路的可逆、透镜的三条特殊光线等作出光路图是解题关键。(7)白光通过三棱镜发色散规律:紫光靠近底边出射B198
十七、光的本性(光既有粒子性,又有波动性,称为光的波粒二象性)
1.两种学说: 微粒说(牛顿) 波动说(惠更斯)
2.双缝干涉:中间为亮条纹, 亮条纹位置:d= nλ 暗条纹位置:d=(2n+1)λ/2
n=0,1,2,3,··· d:路程差(光程差) λ:光的波长 λ/2:光的半波长
3.光的颜色由光的频率决定,光的频率由光源决定,与介质无关,光的颜色按频率从低到高的排列顺序是:红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。 (助记:紫光的频率大,波长小。)
4.薄膜干涉:增透膜的厚度是绿光在薄膜中波长的1/4,即增透膜厚度d=λ/4
5.电磁波谱(按波长从大到小排列):无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、γ射线。
6.光子说,一个光子的能量E=ћν ћ:普朗克常量 ν:光的频率
7.光电方程mVm2/2=ћν–W mVm2/2:光电子初动能 ћν:光子能量 W:金属的逸出功
注:(1)要会区分光的干涉和衍射产生原理、条件、图样及应用,如双缝干涉、薄膜干涉、单缝衍射、圆孔衍射、圆屏衍射等(2)理解光的电磁说,知道光的电磁本质以及红外线、紫外、线伦琴射线的发现和特性、产生机理、实际应用。(3)光的直线传播只是一种近似规律。(4)其它相关内容: 光的本性学说发展史/泊松亮斑/发射光谱/吸收光谱/光谱分析/原子特征谱线/光电效应的规律B245/光子说/光电管及其应用B248/光的波粒二性/
十八、原子和原子核
1.α粒子散射试验结果:(a)大多数的α粒子不发生偏转。(b)少数α粒子发生了较大角度的偏转。(C)极少数α粒子出现大角度的偏转(甚至反弹回来)。
2.原子核的大小10-15—10-14m,原子的半径约10-10m (原子的核式结构)
3.玻尔的原子模型: (a)能量状态量子化:En=E1/n2 (b)轨道半径量子化:Rrn=n2·R1
(C)原子发生定态跃迁时,要辐射(或吸收)一定频率的光子:ћν=E初-E末 (能级跃迁)。
4.天然放射现象:α射线(α粒子是氦原子核)、β射线(高速运动的电子流)、γ射线(波长极短的电磁波)、α衰变与β衰变、半衰期(有半数以上的原子核发生了衰变所用的时间)。γ射线是伴随α射线和β射线产生的。
5.质子的发现:卢瑟福用α粒子轰击氮原子核的实验,质子实际上就是氢原子核。
6.中子的发现:查德威克用α粒子轰击铍时,得到了中子射线。相同质子数和不同中子数的原子互称同位素。放射性同位素的应用:a利用它的射线;b做为示踪原子。
7.爱因斯坦的质能联系方程:E=mC2 E:能量(J) m:质量(Kg) C:光在真空中的速度。
8.核能的计算ΔE=ΔmC2 当Δm的单位用Kg时,ΔE的单位为J;当Δm用原子质量单位u时,算出的ΔE单位为uC2;1uC2=931.5MeV 。
注:(1)常见的核反应方程(发现中子、质子、重核裂变、轻核聚变等核反应方程) 要求掌握。(2)熟记常见粒子的质量数和电荷数。(3)质量数和电荷数守恒,依据实验事实,是正确书写核反应方程的关键。(4)其它相关内容:重核裂变/链式反应/链式反应的条件/轻核聚变/核能的和平利用/核反应堆/太阳能/
十九、实验:1共点力的合成/2练习使用打点计时器/3测匀变速直线运动的加速度/4验证牛顿第二定律/5碰撞中的动量守恒/6平抛物体的运动/7验证机械能守恒定律/8单摆测定重力加速度/9验证玻意耳-马略特定律/10用描迹法画出电场中平面上的等势线/11测定金属的电阻率/12用电流表和电压表测电池的电动势和内阻/13练习使用多用表测电阻/14研究电磁感应现象/15测定玻璃的折射率/16测定凸透镜的焦距/17用卡尺观察光的衍射现象。
二十、高中物理识结构概说:分为五大部分1力学(力学/运动学/动力学/机械能/振动和波动);2热学(分子动理论/气体的性质);3电磁学(静电场/恒定电流/磁场/电磁感应/电磁波(麦氏理论);4光学(几何光学/光的本性);5原子物理(原子的结构/衰变/核反应/质能方程)。物理是一门以实验为基础的学科,因此物理实验是高中物理的重要组成部分。其中能量观点贯穿于整个物理学的始终。

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