質點的運動
(1)------直線運動
1)勻變速直線運動
1.平均速率V平=s/t(定義式)
2.有用推導Vt2-Vo2=2as
3.中間時刻速率Vt/2=V平=(Vt+Vo)/2
4.末速率Vt=Vo+at
5.中間位置速率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為正方向,a與Vo同向(加速)a>0;反向則a
8.實驗用推導Δs=aT2{Δs為連續相鄰相等時間(T)內位移之差}
9.主要化學量及單位:初速率(Vo):m/s;加速度(a):m/s2;末速率(Vt):m/s;時間(t)秒(s);位移(s):米(m);路程:米;速率單位換算:1m/s=3.6km/h。
注:
(1)平均速率是矢量;
(2)物體速率大,加速度不一定大;
(3)a=(Vt-Vo)/t只是量度式,不是決定式;
(4)其它相關內容:質點、位移和路程、參考系、時間與時刻/s--t圖、v--t圖/速率與速度、瞬時速率。
2)自由落體運動
1.初速率Vo=0
2.末速率Vt=gt
3.下落高度h=gt2/2(從Vo位置向上估算)
4.結論Vt2=2gh
注:
(1)自由落體運動是初速率為零的勻加速直線運動,遵守勻變速直線運動規律;
(2)a=g=9.8m/s2≈10m/s2(重力加速度在赤道附近較小,在高山處比平地小,方向豎直向上)。
(3)豎直上拋運動
1.位移s=Vot-gt2/22.末速率Vt=Vo-gt(g=9.8m/s2≈10m/s2)
3.有用推導Vt2-Vo2=-2gs
4.上升最大高度Hm=Vo2/2g(拋出點算起)
5.往返時間t=2Vo/g(從拋出落回原位置的時間)
注:
(1)全過程處理:是勻減速直線運動,以向下為正方向,加速度取負值;
(2)分段處理:向下為勻減速直線運動,向上為自由落體運動,具有對稱性;
(3)上升與下落過程具有對稱性,如在同點速率等值反向等。
質點的運動----曲線運動、萬有引力
1)平拋運動
1.水平方向速率:Vx=Vo
2.豎直方向速率:Vy=gt
3.水平方向位移:x=Vot
4.豎直方向位移:y=gt2/2
5.運動時間t=(2y/g)1/2(一般又表示為(2h/g)1/2)
6.合速率Vt=(Vx2+Vy2)1/2=[Vo2+(gt)2]1/2
合速率方向與水平傾角β:tgβ=Vy/Vx=gt/V0
7.合位移:s=(x2+y2)1/2,
位移方向與水平傾角α:tgα=y/x=gt/2Vo
8.水平方向加速度:ax=0;豎直方向加速度:ay=g
注:
(1)平拋運動是勻變速曲線運動,加速度為g,一般可看作是水平方向的勻速直線運與豎直方向的自由落體運動的合成;
(2)運動時間由下落高度h(y)決定與水平拋出速率無關;
(3)θ與β的關系為tgβ=2tgα;
(4)在平拋運動中時間t是解題關鍵;(5)做曲線運動的物體必有加速度,當速率方向與所受合力(加速度)方向不在同仍然線上時,物體做曲線運動。
2)勻速圓周運動
1.線速率V=s/t=2πr/T
2.角速率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=mr(2π/T)2=mωv=F合
5.周期與頻度:T=1/f
6.角速率與線速率的關系:V=ωr
7.角速率與怠速的關系ω=2πn(此處頻度與怠速意義相同)
8.主要化學量及單位:弦長(s):米(m);角度(Φ):弧度(rad);頻度(f):赫(Hz);周期(T):秒(s);怠速(n):r/s;直徑:米(m);線速率(V):m/s;角速率(ω):rad/s;向心加速度:m/s2。
注:
(1)向心力可以由某個具體力提供,也可以由合力提供,還可以由分力提供,方向一直與速率方向垂直,指向圓心;
(2)做勻速圓周運動的物體,其向心力等于合力,而且向心力只改變速率的方向,不改變速率的大小,因而物體的動能保持不變,向心力不做功,但動量不斷改變。
3)萬有引力
1.開普勒第三定理:T2/R3=K(=4π2/GM){R:軌道直徑,T:周期,K:常量(與行星質量無關,取決于中心天體的質量)}
2.萬有引力定理:F=Gm1m2/r2(G=6.67×10-11Nm2/kg2,方向在它們的連線上)
3.天體上的重力和重力加速度:GMm/R2=mg;g=GM/R2{R:天體直徑(m),M:天體質量(kg)}
4.衛星繞行速率、角速率、周期:V=(GM/r)1/2;ω=(GM/r3)1/2;T=2π(r3/GM)1/2{M:中心天體質量}
5.第一(二、三)宇宙速率V1=(g地r地)1/2=(GM/r地)1/2=7.9km/s;V2=11.2km/s;V3=16.7km/s
6.月球同步衛星GMm/(r地+h)2=m4π2(r地+h)/T2{h≈,h:距月球表面的高度,r地:月球的直徑}
注:
(1)天體運動所需的向心力由萬有引力提供,F向=F萬;
(2)應用萬有引力定理可計算天體的質量密度等;
(3)月球同步衛星只能運行于赤道上空,運行周期和月球自轉周期相同;
(4)衛星軌道直徑變小時,勢能變小、動能變大、速度變大、周期變小(一齊反右);
(5)月球衛星的最大環繞速率和最小發射速率均為7.9km/s。
力(常見的力、力的合成與分解)
1)常見的力
1.重力G=mg(方向豎直向上,g=9.8m/s2≈10m/s2,作用點在重心,適用于月球表面附近)
2.胡克定律F=kx{方向沿恢復形變方向,k:勁度系數(N/m),x:形變量(m)}
3.滑動磨擦力F=μFN{與物體相對運動方向相反,μ:磨擦質數,FN:正壓力(N)}
4.靜磨擦力0≤f靜≤fm(與物體相對運動趨勢方向相反,fm為最大靜磨擦力)
5.萬有引力F=Gm1m2/r2(G=6.67×10-11Nm2/kg2,方向在它們的連線上)
6.靜電力F=kQ1Q2/r2(k=9.0×/C2,方向在它們的連線上)
7.電場力F=Eq(E:場強N/C,q:電量C,正電荷受的電場力與場強方向相同)
8.安培力F=θ(θ為B與L的傾角,當L⊥B時:F=BIL,B//L時:F=0)
9.洛侖茲力f=θ(θ為B與V的傾角,當V⊥B時:f=qVB,V//B時:f=0)
注:
(1)勁度系數k由彈簧自身決定;
(2)磨擦質數μ與壓力大小及接觸面積大小無關,由接觸面材料特點與表面狀況等決定;
(3)fm略小于μFN,通常視為fm≈μFN;
(4)其它相關內容:靜磨擦力(大小、方向);
(5)化學量符號及單位B:磁感硬度(T),L:有效寬度(m),I:電壓硬度(A),V:帶電粒子速率(m/s),q:帶電粒子(帶電體)電量(C);
(6)安培力與洛侖茲力方向均用右手定則斷定。
2)力的合成與分解
1.同仍然線上力的合成同向:F=F1+F2,反向:F=F1-F2(F1>F2)
2.互成角度力的合成:
F=(F12+F22+α)1/2(正弦定律)F1⊥F2時:F=(F12+F22)1/2
3.合力大小范圍:|F1-F2|≤F≤|F1+F2|
4.力的正交分解:Fx=Fcosβ,Fy=Fsinβ(β為合力與x軸之間的傾角tgβ=Fy/Fx)
注:
(1)力(矢量)的合成與分解遵守平行四邊形定則;
(2)合力與分力的關系是等效代替關系,可用合力代替分力的共同作用,反之也創立;
(3)除公式法外,也可用畫圖法求解,此時要選擇標度,嚴格畫圖;
(4)F1與F2的值一定時,F1與F2的傾角(α角)越大,合力越小;
(5)同仍然線上力的合成,可沿直線取正方向,用正負號表示力的方向,通分為代數運算。
動力學(運動和力)
1.牛頓第一運動定理(慣性定理):物體具有慣性,總保持勻速直線運動狀態或靜止狀態,直至有外力促使它改變這些狀態為止
2.牛頓第二運動定理:F合=ma或a=F合/ma{由合外力決定,與合外力方向一致}
3.牛頓第三運動定理:F=-F{減號表示方向相反,F、F各自作用在對方,平衡力與斥力反斥力區別,實際應用:反沖運動}
4.共點力的平衡F合=0,推廣{正交分解法、三力匯交原理}
5.超重:FN>G,失重:FN
6.牛頓運動定理的適用條件:適用于解決低速運動問題,適用于宏觀物體,不適用于處理高速問題,不適用于微觀粒子
注:平衡狀態是指物體處于靜止或勻速直線狀態,或則是勻速轉動。
震動和波(機械震動與機械震動的傳播)
1.簡諧震動F=-kx{F:回復力,k:比列系數,x:位移,減號表示F的方向與x一直反向}
2.單擺周期T=2π(l/g)1/2{l:擺長(m),g:當地重力加速度值,創立條件:擺角θ>r}
3.受迫震動頻度特征:f=f驅動力
4.發生共振條件:f驅動力=f固,A=max,共振的避免和應用
5.機械波、橫波、縱波
6.聲速v=s/t=λf=λ/T{波傳播過程中,一個周期往前傳播一個波長;聲速大小由介質本身所決定}
7.聲波的聲速(在空氣中)0℃:332m/s;20℃:344m/s;30℃:349m/s;(聲波是縱波)
8.波發生顯著衍射(波繞開障礙物或孔繼續傳播)條件:障礙物或孔的規格比波長小,或則相差不大
9.波的干涉條件:兩列波頻度相同(相差恒定、振幅相仿、振動方向相同)
10.多普勒效應:因為波源與觀測者間的互相運動,造成波源發射頻度與接收頻度不同{互相接近,接收頻度減小,反之,減少}
注:
(1)物體的固有頻度與振幅、驅動力頻度無關,取決于震動系統本身;
(2)強化區是波峰與波峰或波谷與波谷相遇處,減緩區則是波峰與波谷相遇處;
(3)波只是傳播了震動摩擦力計算公式f,介質本身不隨波發生遷移,是傳遞能量的一種形式;
(4)干涉與衍射是波特有的;
(5)震動圖像與波動圖像;
(6)其它相關內容:超聲波及其應用/震動中的能量轉化。
沖量與動量(物體的受力與動量的變化)
1.動量:p=mv{p:動量(kg/s),m:質量(kg),v:速率(m/s),方向與速率方向相同}
3.沖量:I=Ft{I:沖量(Ns),F:恒力(N),t:力的作用時間(s),方向由F決定}
4.動量定律:I=Δp或Ft=mvt–mvo{Δp:動量變化Δp=mvt–mvo,是矢量式}
5.動量守恒定理:p前總=p后總或p=p’也可以是m1v1+m2v2=m1v1+m2v2
6.彈性碰撞:Δp=0;ΔEk=0{即系統的動量和動能均守恒}
7.非彈性碰撞Δp=0;0f斥,F分子力表現為引力
(4)r>10r0摩擦力計算公式f,f引=f斥≈0,F分子力≈0,E分子勢能≈0
5.熱力學第一定理W+Q=ΔU{(做功和熱傳遞,這兩種改變物體內能的形式,在療效上是等效的),
W:外界對物體做的正功(J),Q:物體吸收的熱量(J),ΔU:降低的內能(J),涉及到第一類永動機不可造出}
6.熱力學第二定理
克氏敘述:不可能使熱量由高溫物體傳遞到低溫物體,而不造成其它變化(熱傳導的方向性);
開氏敘述:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部拿來做功,而不造成其它變化(機械能與內能轉化的方向性){涉及到第二類永動機不可造出}
7.熱力學第三定理:熱力學零度不可達到{宇宙氣溫下限:-273.15攝氏度(熱力學零度)}
注:
(1)布朗粒子不是分子,布朗顆粒越小,布朗運動越顯著,氣溫越高越劇烈;
(2)氣溫是分子平均動能的標志;
3)分子間的引力和作用力同時存在,隨分子寬度離的減小而降低,但作用力減弱得比引力快;
(4)分子力做正功,分子勢能減少,在r0處F引=F斥且分子勢能最小;
(5)二氧化碳膨脹,外界對二氧化碳做負功W0;吸收熱量,Q>0
(6)物體的內能是指物體所有的分子動能和分子勢能的總和,對于理想二氧化碳分子間斥力為零,分子勢能為零;
(7)r0為分子處于平衡狀態時,分子間的距離;
(8)其它相關內容:能的轉化和定恒定理/能源的開發與借助、環保/物體的內能、分子的動能、分子勢能。
二氧化碳的性質
1.二氧化碳的狀態熱阻:體溫:宏觀上,物體的冷熱程度;微觀上,物體內部分子無規則運動的劇烈程度的標志,
熱力學氣溫與攝氏氣溫關系:T=t+273{T:熱力學氣溫(K),t:攝氏氣溫(℃)}
容積V:二氧化碳分子所能搶占的空間,單位換算:1m3=103L=106mL
浮力p:單位面積上,大量二氧化碳分子頻繁撞擊器壁而形成持續、均勻的壓力,標準大氣壓:1atm=1.013×105Pa=(1Pa=1N/m2)
2.二氧化碳分子運動的特征:分子間縫隙大;不僅碰撞的頓時外,互相斥力微弱;分子運動速度很大
3.理想二氧化碳的狀態多項式:p1V1/T1=p2V2/T2{PV/T=恒量,T為熱力學氣溫(K)}
注:
(1)理想二氧化碳的內能與理想二氧化碳的容積無關,與氣溫和物質的量有關;
(2)公式3創立條件均為一定質量的理想二氧化碳,使用公式時要注意水溫的單位,t為攝氏氣溫(℃),而T為熱力學氣溫(K)。
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電場
1.兩種電荷、電荷守恒定理、元電荷:(e=1.60×10-19C);帶電體電荷量等于元電荷的整數倍
2.庫侖定理:F=kQ1Q2/r2(在真空中){F:點電荷間的斥力(N),k:靜電力常量k=9.0×/C2,Q1、Q2:兩點電荷的電量(C),r:兩點電荷間的距離(m),方向在它們的連線上,斥力與反斥力,同種電荷相互抵觸,異種電荷相互吸引}
3.電場硬度:E=F/q(定義式、計算式){E:電場硬度(N/C),是矢量(電場的疊加原理),q:檢驗電荷的電量(C)}
4.真空點(源)電荷產生的電場E=kQ/r2{r:源電荷到該位置的距離(m),Q:源電荷的電量}
5.勻強電場的場強E=UAB/d{UAB:AB兩點間的電流(V),d:AB兩點在場強方向的距離(m)}
6.電場力:F=qE{F:電場力(N),q:遭到電場力的電荷的電量(C),E:電場硬度(N/C)}
7.電勢與電勢差:UAB=φA-φB,UAB=WAB/q=-ΔEAB/q
8.電場力做功:WAB=qUAB=Eqd{WAB:帶電體由A到B時電場力所做的功(J),q:帶電量(C),UAB:電場中A、B兩點間的電勢差(V)(電場力做功與路徑無關),E:勻強電場硬度,d:兩點沿場強方向的距離(m)}
9.電勢能:EA=qφA{EA:帶電體在A點的電勢能(J),q:電量(C),φA:A點的電勢(V)}
10.電勢能的變化ΔEAB=EB-EA{帶電體在電場中從A位置到B位置時電勢能的差值}
11.電場力做功與電勢能變化ΔEAB=-WAB=-qUAB(電勢能的增量等于電場力做功的負值)
12.電容C=Q/U(定義式,估算式){C:電容(F),Q:電量(C),U:電流(兩極板電勢差)(V)}
13.平行板電容器的電容C=εS/4πkd(S:兩極板正對面積,d:兩極板間的垂直距離,ω:介電常數)
常見電容器
14.帶電粒子在電場中的加速(Vo=0):W=ΔEK或qU=mVt2/2,Vt=(2qU/m)1/2
15.帶電粒子沿垂直電場方向以速率Vo步入勻強電場時的偏轉(不考慮重力作用的情況下)
類平垂直電場方向:勻速直線運動L=Vot(在帶等量異種電荷的平行極板中:E=U/d)
拋運動平行電場方向:初速率為零的勻加速直線運動d=at2/2,a=F/m=qE/m
注:
(1)兩個完全相同的帶電金屬小球接觸時,電量分配規律:原帶異種電荷的先中和后平分,原帶同種電荷的總數平分;
(2)電場線從正電荷出發中止于負電荷,電場線不相交,切線方向為場強方向,電場線密處場強悍,沿著電場線電勢越來越低,電場線與等勢線垂直;
(3)常見電場的電場線分布要求熟記;
(4)電場硬度(矢量)與電勢(標量)均由電場本身決定,而電場力與電勢能還與帶電體帶的電量多少和電荷正負有關;
(5)處于靜電平衡導體是個等勢體,表面是個等勢面,導體外表面附近的電場線垂直于導體表面,導體內部合場強為零,導體內部沒有凈電荷,凈電荷只分布于導體外表面;
(6)電容單位換算:1F=106μF=;
(7)電子伏(eV)是能量的單位,1eV=1.60×10-19J;
(8)其它相關內容:靜電屏蔽/示波管、示波器及其應用等勢面。
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恒定電壓
1.電壓硬度:I=q/t{I:電壓硬度(A),q:在時間t內通過導體橫載面的電量(C),t:時間(s)}
2.歐姆定理:I=U/R{I:導體電壓硬度(A),U:導體兩端電流(V),R:導體電阻(Ω)}
3.內阻、電阻定理:R=ρL/S{ρ:內阻率(Ωm),L:導體的寬度(m),S:導體橫截面積(m2)}
4.閉合電路歐姆定理:I=E/(r+R)或E=Ir+IR也可以是E=U內+U外
{I:電路中的總電壓(A),E:電源電動勢(V),R:外電路內阻(Ω),r:電源電阻(Ω)}
5.電功與電功率:W=UIt,P=UI{W:電功(J),U:電流(V),I:電壓(A),t:時間(s),P:電功率(W)}
6.焦耳定理:Q=I2Rt{Q:電熱(J),I:通過導體的電壓(A),R:導體的內阻值(Ω),t:通電時間(s)}
7.純內阻電路中:因為I=U/R,W=Q,因而W=Q=UIt=I2Rt=U2t/R
8.電源總動率、電源輸出功率、電源效率:P總=IE,P出=IU,η=P出/P總{I:電路總電壓(A),E:電源電動勢(V),U:路端電流(V),η:電源效率}
9.電路的串/并聯串聯電路(P、U與R成反比)并聯電路(P、I與R成正比)
內阻關系(串同并反)R串=R1+R2+R3+1/R并=1/R1+1/R2+1/R3+
電壓關系I總=I1=I2=I3I并=I1+I2+I3+
電流關系U總=U1+U2+U3+U總=U1=U2=U3
功率分配P總=P1+P2+P3+P總=P1+P2+P3+