G3122 版 高中物理 基础知识 整理 二.docx
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G3122版高中物理基础知识整理二
第五章机械能3
第11讲 功 功率 动能定理3
一、功3
二、功率4
三、动能 动能定理4
第12讲 机械能守恒定律6
一、机械能6
二、机械能守恒定律7
第13讲 功能关系 能量守恒定律7
一.几种常见的功能关系及其表达式7
二、两种摩擦力做功特点的比较8
三、能量守恒定律9
第六章动量守恒定律9
第14讲 动量定理和动量守恒定律9
一、冲量、动量和动量定理9
第15讲 碰撞 反冲和火箭11
一、碰撞及特征11
二、三种碰撞类型12
三、碰撞现象满足的规律12
四、爆炸和反冲运动13
第七章静电场13
第16讲 库仑定律 电场力的性质13
一、库仑定律 电荷守恒定律13
二、电场、电场强度14
三、电场线15
第17讲 电场能的性质16
一、电势能、电势、电势差、等势面16
二、电场线、电势、电势能、等势面之间的关系17
三、公式E=
的理解18
四、静电感应和静电平衡18
第18讲 电容器 带电粒子在电场中的运动19
一、电容器19
第八章恒定电流21
第19讲 电路的基本概念和规律21
一、电流的理解及三个表达式21
二、欧姆定律及电阻定律22
三、电功、电功率、电热及热功率23
第20讲 闭合电路欧姆定律24
一、闭合电路的欧姆定律24
第五章机械能
第11讲 功 功率 动能定理
一、功
1.定义:
一个物体受到力的作用,如果在力的方向上发生了一段位移,就说这个力对物体做了功.
2.必要因素:
力和物体在力的方向上发生的位移.
3.物理意义:
功是能量转化的量度.
4.计算公式
(1)恒力F的方向与位移s的方向一致时:
W=Fs.
(2)恒力F的方向与位移s的方向成某一夹角α时:
W=Fscosα.
5.功的正负
(1)当0≤α<
时,W>0,力对物体做正功.
(2)当
<α≤π时,W<0,力对物体做负功,或者说物体克服这个力做了功.
(3)当α=
时,W=0,力对物体不做功.
6.一对作用力与反作用力的功
做功情形
图例
备注
都做正功
(1)一对相互作用力做的总功与参考系无关
(2)一对相互作用力做的总功W=Fscosα.s是相对位移,α是F与s间的方向夹角
(3)一对相互作用力做的总功可正、可负,也可为零
都做负功
一正一负
一为零
一为正
一为负
7.一对平衡力的功
一对平衡力作用在同一个物体上,若物体静止,则两个力都不做功;若物体运动,则这一对力所做的功一定是数值相等,一正一负或均为零.
二、功率
1.定义:
功与完成这些功所用时间的比值.
2.物理意义:
描述力对物体做功的快慢.
3.公式:
(1)P=
,P为时间t内物体做功的快慢.
(2)P=Fv
①v为平均速度,则P为平均功率.
②v为瞬时速度,则P为瞬时功率.
③当力F和速度v不在同一直线上时,可以将力F分解或者将速度v分解.
[深度思考] 由公式P=Fv得到F与v成反比正确吗?
答案 不正确,在P一定时,F与v成反比.
三、动能 动能定理
1.动能
(1)定义:
物体由于运动而具有的能叫动能.
(2)公式:
Ek=
mv2.
(3)矢标性:
动能是标量,只有正值.
(4)状态量:
动能是状态量,因为v是瞬时速度.
2.动能定理
(1)内容:
在一个过程中合外力对物体所做的功,等于物体在这个过程中动能的变化量.
(2)表达式:
W=
mv
-
mv
=Ek2-Ek1.
(3)适用条件:
①既适用于直线运动,也适用于曲线运动.
②既适用于恒力做功,也适用于变力做功.
③力可以是各种性质的力,既可以同时作用,也可以分阶段作用.
(4)应用技巧:
若整个过程包含了几个运动性质不同的分过程,既可以分段考虑,也可以整个过程考虑.
[深度思考] 物体的速度改变,动能一定改变吗?
答案 不一定.如匀速圆周运动.
第12讲 机械能守恒定律
一、机械能
1.重力做功与重力势能
(1)重力做功的特点
重力做功与路径无关,只与初、末位置的高度差有关.
(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,重力势能就减少;重力对物体做负功,重力势能就增加.
②定量关系:
物体从位置A到位置B时,重力对物体做的功等于物体重力势能的减少量,即WG=-ΔEp.
③重力势能的变化量是绝对的,与参考面的选取无关.
2.弹性势能
(1)定义
发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有弹力的相互作用而具有的势能.
(2)弹力做功与弹性势能变化的关系
①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.
②对于弹性势能,一般物体的弹性形变量越大,弹性势能越大.
二、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,动能与势能可以互相转化,而总的机械能保持不变.
2.表达式:
mgh1+
mv
=mgh2+
mv
.
3.机械能守恒的条件
(1)系统只受重力或弹簧弹力的作用,不受其他外力.
(2)系统除受重力或弹簧弹力作用外,还受其他内力和外力,但这些力对系统不做功.
(3)系统内除重力或弹簧弹力做功外,还有其他内力和外力做功,但这些力做功的代数和为零.
(4)系统跟外界没有发生机械能的传递,系统内外也没有机械能与其他形式的能发生转化.
第13讲 功能关系 能量守恒定律
一.几种常见的功能关系及其表达式
力做功
能的变化
定量关系
合力的功
动能变化
W=Ek2-Ek1=ΔEk
重力的功
重力势能变化
(1)重力做正功,重力势能减少
(2)重力做负功,重力势能增加
(3)WG=-ΔEp=Ep1-Ep2
弹簧弹力的功
弹性势能变化
(1)弹力做正功,弹性势能减少
(2)弹力做负功,弹性势能增加
(3)WF=-ΔEp=Ep1-Ep2
只有重力、弹簧弹力做功
机械能不变化
机械能守恒ΔE=0
除重力和弹簧弹力之外的其他力做的功
机械能变化
(1)其他力做多少正功,物体的机械能就增加多少
(2)其他力做多少负功,物体的机械能就减少多少
(3)W其他=ΔE
一对相互作用的滑动摩擦力的总功
机械能减少
内能增加
(1)作用于系统的一对滑动摩擦力一定做负功,系统内能增加
(2)摩擦生热
Q=f·s相对
[深度思考] 一对相互作用的静摩擦力做功能改变系统的机械能吗?
答案 不能,因做功代数和为零.
二、两种摩擦力做功特点的比较
类型
比较
静摩擦力
滑动摩擦力
不同点
能量的转化方面
只有机械能从一个物体转移到另一个物体,而没有机械能转化为其他形式的能
(1)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能,此部分能量就是系统机械能的损失量
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
一对滑动摩擦力做功的代数和总是负值
相同点
正功、负功、不做功方面
两种摩擦力对物体均可以做正功,做负功,还可以不做功
三、能量守恒定律
1.内容
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变.
2.表达式
ΔE减=ΔE增.
3.基本思路
(1)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)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等.
第六章动量守恒定律
第14讲 动量定理和动量守恒定律
一、冲量、动量和动量定理
1.冲量
(1)定义:
力和力的作用时间的乘积.
(2)公式:
I=Ft,适用于求恒力的冲量.
(3)方向:
与力的方向相同.
2.动量
(1)定义:
物体的质量与速度的乘积.
(2)表达式:
p=mv.
(3)单位:
千克·米/秒;符号:
kg·m/s.
(4)特征:
动量是状态量,是矢量,其方向和速度方向相同.
3.动量定理
(1)内容:
物体所受合力的冲量等于物体动量的变化量.
(2)表达式:
F合·t=Δp=p′-p.
(3)矢量性:
动量变化量方向与合力的方向相同,可以在力的方向上用动量定理.
(4)动能和动量的关系:
Ek=
.
二、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零,这个系统的总动量保持不变.
2.表达式
(1)p=p′,系统相互作用前总动量p等于相互作用后的总动量p′.
(2)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和.
(3)Δp1=-Δp2,相互作用的两个物体动量的变化量等大反向.
(4)Δp=0,系统总动量的增量为零.
3.适用条件
(1)理想守恒:
不受外力或所受外力的合力为零.
(2)近似守恒:
系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力.
(3)某一方向守恒:
如果系统在某一方向上所受外力的合力为零,则系统在这一方向上动量守
第15讲 碰撞 反冲和火箭
一、碰撞及特征
1.碰撞
碰撞是两个或两个以上的物体在相同的极短时间内产生非常大的相互作用的过程.
2.碰撞特征
(1)作用时间短.
(2)作用力变化快.
(3)内力远大于外力.
(4)满足动量守恒.
二、三种碰撞类型
1.弹性碰撞
(1)动量守恒:
m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
(2)机械能守恒:
m1v
+
m1v
=
m1v1′2+
m2v2′2
当v2=0时,有v1′=
v1,v2′=
v1.
(3)推论:
质量相等,大小、材料完全相同的弹性小球发生弹性碰撞,碰后交换速度.即v1′=v2,v2′=v1.
2.非弹性碰撞
(1)动量守恒:
m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
(2)机械能减少,损失的机械能转化为内能
|ΔEk|=Ek初-Ek末=Q
3.完全非弹性碰撞
(1)动量守恒:
m1v1+m2v2=(m1+m2)v共
(2)碰撞中机械能损失最多
|ΔEk|=
m1v
+
m2v
-
(m1+m2)v
三、碰撞现象满足的规律
1.动量守恒定律.
2.机械能不增加(弹性碰撞机械能守恒、非弹性碰撞机械能减少).
3.速度要合理.
(1)碰前两物体同向运动,若要发生碰撞,则应有v后>v前(填“<”“=”或“>”),碰后原来在前的物体速度一定增大,若碰后两物体同向运动,则应有v前′≥v后′.
(2)碰前两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变.
四、爆炸和反冲运动
1.爆炸
爆炸过程中的内力远大于外力,爆炸的各部分组成的系统总动量守恒.
2.反冲运动
(1)物体在内力作用下分裂为两个不同部分并且这两部分向相反方向运动的现象.
(2)反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用动量守恒定律来处理.
第七章静电场
第16讲 库仑定律 电场力的性质
一、库仑定律 电荷守恒定律
1.点电荷
有一定的电荷量,忽略形状和大小的一种理想化模型.
2.电荷守恒定律
(1)起电方式:
摩擦起电、接触起电、感应起电.
(2)带电实质:
物体带电的实质是得失电子.
(3)内容:
电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分;在转移过程中,电荷的总量保持不变.
3.库仑定律
(1)内容:
真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.
(2)表达式:
F=k
,式中k=9.0×109N·m2/C2,叫做静电力常量.
(3)适用条件:
①真空中;②点电荷.
[深度思考] 计算两个带电小球之间的库仑力时,公式中的r一定是指两个球心之间的距离吗?
为什么?
二、电场、电场强度
1.电场
(1)定义:
存在于电荷周围,能传递电荷间相互作用的一种特殊物质.
(2)基本性质:
对放入其中的电荷有力的作用.
2.电场强度
(1)定义:
放入电场中某点的电荷受到的电场力F与它的电荷量q的比值.
(2)定义式:
E=
,q为试探电荷.
(3)矢量性:
规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点电场强度的方向.
3.场强公式的比较
4.电场的叠加
(1)电场叠加:
多个电荷在空间某处产生的电场强度为各电荷单独在该处所产生的电场强度的矢量和.
(2)运算法则:
平行四边形定则.
5.等量同种和异种点电荷的电场强度的比较
比较项目
等量异种点电荷
等量同种点电荷
电场线分布图
连线中点O处的场强
连线上O点场强最小,指向负电荷一方
为零
连线上的场强大小(从左到右)
沿连线先变小,再变大
沿连线先变小,再变大
沿中垂线由O点向外
场强大小
O点最大,向外逐渐减小
O点最小,向外先变大后变小
三、电场线
1.定义
为了形象地描述电场中各点场强的强弱及方向,在电场中画出一些曲线,曲线上每一点的切线方向都跟该点的场强方向一致,曲线的疏密表示电场的强弱.
2.电场线的三个特点
(1)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于无限远或负电荷处;
(2)电场线在电场中不相交;
(3)在同一幅图中,电场强度较大的地方电场线较密,电场强度较小的地方电场线较疏.
第17讲 电场能的性质
一、电势能、电势、电势差、等势面
1.静电力做功
(1)特点:
静电力做功与路径无关,只与初、末位置有关.
(2)计算方法
①W=qEd,只适用于匀强电场,其中d为沿电场方向的距离.
②WAB=qUAB,适用于任何电场.
2.电势能
(1)定义:
电荷在某点的电势能,等于把它从这点移动到零势能位置时静电力做的功.
(2)静电力做功与电势能变化的关系:
静电力做的功等于电势能的减少量,即WAB=EpA-EpB=-ΔEp.
(3)电势能的相对性:
电势能是相对的,通常把电荷离场源电荷无穷远处的电势能规定为零,或把电荷在大地表面的电势能规定为零.
3.电势
(1)定义:
电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值.
(2)定义式:
φ=
.
(3)矢标性:
电势是标量,有正负之分,其正(负)表示该点电势比零电势高(低).
(4)相对性:
电势具有相对性,同一点的电势因选取零电势点的不同而不同.
4.电势差
(1)定义:
电荷在电场中,由一点A移到另一点B时,电场力所做的功与移动电荷的电荷量的比值.
(2)定义式:
UAB=
.
(3)电势差与电势的关系:
UAB=φA-φB,UAB=-UBA.
5.等势面
(1)定义:
电场中电势相等的各点组成的面.
(2)四个特点:
①在同一等势面上移动电荷时电场力不做功.
②电场线一定与等势面垂直,并且从电势高的等势面指向电势低的等势面.
③等差等势面越密的地方电场强度越大,反之越小.
④任意两个等势面都不相交.
二、电场线、电势、电势能、等势面之间的关系
1.电场线与电场强度:
电场线越密的地方表示电场强度越大,电场线上某点的切线方向表示该点的电场强度方向.
2.电场线与等势面:
电场线与等势面垂直,并从电势较高的等势面指向电势较低的等势面.
3.电场强度大小与电势:
无直接关系,零电势可人为选取,电场强度的大小由电场本身决定,故电场强度大的地方,电势不一定高.
4.电势能与电势:
正电荷在电势高的地方电势能大;负电荷在电势低的地方电势能大.
三、公式E=
的理解
1.只适用于匀强电场.
2.d为某两点沿电场强度方向上的距离,或两点所在等势面之间的距离.
3.电场强度的方向是电势降低最快的方向.
四、静电感应和静电平衡
1.静电感应
当把一个不带电的金属导体放在电场中时,导体的两端分别感应出等量的正、负电荷,“近端”出现与施感电荷异种的感应电荷,“远端”出现与施感电荷同种的感应电荷.这种现象叫静电感应.
2.静电平衡
(1)定义:
导体放入电场中时,附加电场与原电场在导体内部大小相等且方向相反,使得叠加场强为零时,自由电荷不再发生定向移动,导体处于静电平衡状态.
(2)处于静电平衡状态的导体的特点
①导体内部的场强处处为零;
②导体是一个等势体,导体表面是等势面;
③导体表面处的场强方向与导体表面垂直;
④导体内部没有净电荷,净电荷只分布在导体的外表面上;
⑤在导体外表面越尖锐的位置,净电荷的密度(单位面积上的电荷量)越大,凹陷的位置几乎没有净电荷.
第18讲 电容器 带电粒子在电场中的运动
一、电容器
1.电容器的充、放电
(1)充电:
使电容器带电的过程,充电后电容器两极板带上等量的异种电荷,电容器中储存电场能.
(2)放电:
使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中电场能转化为其他形式的能.
2.公式C=
和C=
的比较
(1)定义式:
C=
,不能理解为电容C与Q成正比、与U成反比,一个电容器电容的大小是由电容器本身的因素决定的,与电容器是否带电及带电多少无关.
(2)决定式:
C=
,εr为介电常数,S为极板正对面积,d为板间距离.
二、带电粒子在匀强电场中的运动 示波管
1.直线问题:
若不计粒子的重力,则电场力对带电粒子做的功等于带电粒子动能的增量.
(1)在匀强电场中:
W=qEd=qU=
mv2-
mv
.
(2)在非匀强电场中:
W=qU=
mv2-
mv
.
2.偏转问题:
(1)条件分析:
不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场.
(2)运动性质:
类平抛运动.
(3)处理方法:
利用运动的合成与分解.
①沿初速度方向:
做匀速直线运动.
②沿电场方向:
做初速度为零的匀加速运动.
3.示波管的构造:
①电子枪,②偏转电极,③荧光屏.(如图1所示)
图1
[深度思考] 带电粒子在电场中运动时一定考虑受重力吗?
答案
(1)基本粒子:
如电子、质子、α粒子、离子等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量).
(2)带电颗粒:
如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力.
第八章恒定电流
第19讲 电路的基本概念和规律
一、电流的理解及三个表达式
1.定义:
电荷的定向移动形成电流.
2.条件:
(1)有自由移动的电荷;
(2)导体两端存在电压.
3.两个表达式
(1)定义式:
I=
,q为在时间t内通过导体横截面的电荷量.
(2)微观表达式:
I=nqSv,其中n为导体中单位体积内自由电荷的个数,q为每个自由电荷的电荷量,S为导体的横截面积,v为自由电荷定向移动的速率.
4.方向:
电流是标量,为研究问题方便,规定正电荷定向移动的方向为电流的方向.在外电路中电流由电源正极到负极,在内电路中电流由电源负极到正极.
[深度思考] 若一个电子,电荷量为e,绕核运动的周期为T,则等效电流I的表达式是________.
答案 I=
解析 电子绕原子核做圆周运动,形成等效的环形电流,电子电荷量为e,运动一周的时间为T,则I=
.
二、欧姆定律及电阻定律
1.电阻定律
(1)内容:
同种材料的导体,其电阻与它的长度成正比,与它的横截面积成反比,导体的电阻还与构成它的材料有关.
(2)表达式:
R=ρ
.
(3)电阻率
①物理意义:
反映导体的导电性能,是表征材料性质的物理量.
②电阻率与温度的关系:
a.金属:
电阻率随温度升高而增大.
b.半导体(负温度系数):
电阻率随温度升高而减小.
c.一些合金:
几乎不受温度的影响.
2.部分电路欧姆定律
(1)内容:
导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.
(2)表达式:
I=
.
(3)适用范围
①金属导电和电解液导电(对气体导电、半导体导电不适用).
②纯电阻电路(不含电动机、电解槽等的电路).
3.导体的伏安特性曲线
(1)I-U图线:
以电流为纵轴、电压为横轴所画出的导体上的电流随电压的变化曲线称为I-U图线,如图1所示.
图1
(2)电阻的大小:
图线的斜率k=
=
,图中R1>R2.
(3)线性元件:
伏安特性曲线是直线的电学元件,适用欧姆定律.
(4)非线性元件:
伏安特性曲线为曲线的电学元件,不适用欧姆定律.
三、电功、电功率、电热及热功率
1.电功
(1)定义:
导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做的功.
(2)公式:
W=qU=IUt(适用于任何电路).
(3)电流做功的实质:
电能转化成其他形式能的过程.
2.电功率
(1)定义:
单位时间内电流所做的功,表示电流做功的快慢.
(2)公式:
P=
=IU(适用于任何电路).
3.焦耳定律
(1)电热:
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比.
(2)公式:
Q=I2Rt.
4.电功率P=IU和热功率P=I2R的应用
(1)不论是纯电阻电路还是非纯电阻电路,电流的电功率均为P电=UI,热功率均为P热=I2R.
(2)对于纯电阻电路而言:
P电=P热=IU=I2R=
.
(3)对于非纯电阻电路而言:
P电=IU=P热+P其他=I2R+P其他≠
+P其他.
[深度思考] 电动机正常工作时,电功率大于热功率,当电动机通电卡住不转时,则电功率与热功率满足什么关系?
为什么?
答案 相等,电动机通电卡住不转时相当于一个发热的纯电阻,故电功率与热功率相等.
第20讲 闭合电路欧姆定律
一、闭合电路的欧姆定律
1.内容:
在外电路为纯电阻的闭合电路中,电流的大小跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比.
2.公式:
(1)I=
(只适用于纯电阻电路).
(2)E=U外+Ir(适用于所有电路).
3.路端电压U与电流I的关系
(1)关系式:
U=E-Ir.
(2)U-I图象如图1所示.
图1
①当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为电源电动势.
②当外电路短路即U=0时,横坐标的截距为短路电流.
③图线的斜率的绝对值为电源的内阻.
二、电路中的功率及效率问题
1.电源的总功率
(1)任意电路:
P总=IE=IU外+IU内=P出+P内.
(2)纯电阻电路:
P总=I2(R+r)=
.
2.电源内部消耗的功率
P内=I2r=IU内=P总-P出.
3.电源的输出功率
(1)任意电路:
P出=IU=IE-I2r=P总-P内.
(2)纯电阻电路:
P出=I2R=
=
.
(3)纯电阻电路中输出功率随R的变化关系
①当R=r时,电源的输出功率最大为Pm=
.
②当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小.
③当R ④当P出 ⑤P出与R的关系如图2所示. 图2 4.电源的效率 (1)任意电路: η= ×100%= ×100%. (2)纯电阻电路: η= ×100%= ×100% 因此在纯电阻电路中R越大,η越大. [深度思考] 当R=r时,电源的输出功率最大,则此时电源的效率是不是最大? 答案 不是 解析 由η= ×100%可知,当R=r时,η=50%.故此时效率不是最大.
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