高中物理竞赛讲义全套[1]

-1-全国中学生物理竞赛内容提要全国中学生物理竞赛内容提要一、理论基础力学1、运动学参照系。质点运动的位移和路程，速度，加速度。相对速度。矢量和标量。矢量的合成和分解。匀速及匀速直线运动及其图象。运动的合成。抛体运动。圆周运动。刚体的平动和绕定轴的转动。2、牛顿运动定律力学中常见的几种力牛顿第一、二、三运动定律。惯性参照系的概念。摩擦力。弹性力。胡克定律。万有引力定律。均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式（不要求导出）。开普勒定律。行星和人造卫星的运动。3、物体的平衡共点力作用下物体的平衡。力矩。刚体的平衡。重心。物体平衡的种类。4、动量冲量。动量。动量定理。动量守恒定律。反冲运动及火箭。5、机械能功和功率。动能和动能定理。重力势能。引力势能。质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式（不要求导出）。弹簧的弹性势能。功能原理。机械能守恒定律。碰撞。6、流体静力学静止流体中的压强。浮力。7、振动简揩振动。振幅。频率和周期。位相。-2-振动的图象。参考圆。振动的速度和加速度。由动力学方程确定简谐振动的频率。阻尼振动。受迫振动和共振（定性了解）。8、波和声横波和纵波。波长、频率和波速的关系。波的图象。波的干涉和衍射（定性）。声波。声音的响度、音调和音品。声音的共鸣。乐音和噪声。热学1、分子动理论原子和分子的量级。分子的热运动。布朗运动。温度的微观意义。分子力。分子的动能和分子间的势能。物体的内能。2、热力学第一定律热力学第一定律。3、气体的性质热力学温标。理想气体状态方程。普适气体恒量。理想气体状态方程的微观解释（定性）。理想气体的内能。理想气体的等容、等压、等温和绝热过程（不要求用微积分运算）。4、液体的性质流体分子运动的特点。表面张力系数。浸润现象和毛细现象（定性）。5、固体的性质晶体和非晶体。空间点阵。固体分子运动的特点。6、物态变化熔解和凝固。熔点。熔解热。蒸发和凝结。饱和汽压。沸腾和沸点。汽化热。临界温度。固体的升华。-3-空气的湿度和湿度计。露点。7、热传递的方式传导、对流和辐射。8、热膨胀热膨胀和膨胀系数。电学1、静电场库仑定律。电荷守恒定律。电场强度。电场线。点电荷的场强，场强叠加原理。均匀带电球壳壳内的场强和壳外的场强公式（不要求导出）。匀强电场。电场中的导体。静电屏蔽。电势和电势差。等势面。点电荷电场的电势公式（不要求导出）。电势叠加原理。均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式（不要求导出）。电容。电容器的连接。平行板电容器的电容公式（不要求导出）。电容器充电后的电能。电介质的极化。介电常数。2、恒定电流欧姆定律。电阻率和温度的关系。电功和电功率。电阻的串、并联。电动势。闭合电路的欧姆定律。一段含源电路的欧姆定律。电流表。电压表。欧姆表。惠斯通电桥，补偿电路。3、物质的导电性金属中的电流。欧姆定律的微观解释。液体中的电流。法拉第电解定律。气体中的电流。被激放电和自激放电（定性）。真空中的电流。示波器。半导体的导电特性。Ｐ型半导体和Ｎ型半导体。晶体二极管的单向导电性。三极管的放大作用（不要求机理）。超导现象。4、磁场-4-电流的磁场。磁感应强度。磁感线。匀强磁场。安培力。洛仑兹力。电子荷质比的测定。质谱仪。回旋加速器。5、电磁感应法拉第电磁感应定律。楞次定律。自感系数。互感和变压器。6、交流电交流发电机原理。交流电的最大值和有效值。纯电阻、纯电感、纯电容电路。整流和滤波。三相交流电及其连接法。感应电动机原理。7、电磁振荡和电磁波电磁振荡。振荡电路及振荡频率。电磁场和电磁波。电磁波的波速，赫兹实验。电磁波的发射和调制。电磁波的接收、调谐，检波。光学1、几何光学光的直进、反射、折射。全反射。光的色散。折射率与光速的关系。平面镜成像。球面镜成像公式及作图法。薄透镜成像公式及作图法。眼睛。放大镜。显微镜。望远镜。2、波动光学光的干涉和衍射（定性）光谱和光谱分析。电磁波谱。3、光的本性光的学说的历史发展。光电效应。爱因斯坦方程。波粒二象性。原子和原子核1、原子结构卢瑟福实验。原子的核式结构。玻尔模型。用玻尔模型解释氢光谱。玻尔模型的局限性。-5-原子的受激辐射。激光。2、原子核原子核的量级。天然放射现象。放射线的探测。质子的发现。中子的发现。原子核的组成。核反应方程。质能方程。裂变和聚变。基本粒子。数学基础1、中学阶段全部初等数学（包括解析几何）。2、矢量的合成和分解。极限、无限大和无限小的初步概念。3、不要求用微积分进行推导或运算。）物理（甲种本）》。专题一力物体的平衡【扩展知识】1．重力物体的重心与质心重心：从效果上看，我们可以认为物体各部分受到的重力作用集中于一点，这一点叫做物体的重心。质心：物体的质量中心。设物体各部分的重力分别为G1、G2……Gn，且各部分重力的作用点在oxy坐标系中的坐标分别是（x1，y1）（x2，y2）……（xn，yn）,物体的重心坐标xc，yc可表示为xc=iiiGxG=nnnGGGxGxGxG212211，yc=iiiGyG=nnnGGGyGyGyG2122112．弹力胡克定律：在弹性限度内，弹力F的大小与弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比，即F=kx，k为弹簧的劲度系数。两根劲度系数分别为k1，k2的弹簧串联后的劲度系数可由k1=11k+21k求得，并联后劲度系数为k=k1+k2.3．摩擦力最大静摩擦力：可用公式Fm=μ0FN来计算。FN为正压力，μ0为静摩擦因素，对于相同的接触面，应有μ0μ(μ为动摩擦因素)摩擦角：若令μ0=NmFF=tanφ，则φ称为摩擦角。摩擦角是正压力FN与最大静摩擦力Fm的合-6-力与接触面法线间的夹角。4．力的合成与分解余弦定理：计算共点力F1与F2的合力FF=cos2212221FFFFφ=arctancossin212FFF（φ为合力F与分力F1的夹角）三角形法则与多边形法则：多个共点共面的力合成，可把一个力的始端依次画到另一个力的终端，则从第一个力的始端到最后一个力的终端的连线就表示这些力的合力。拉密定理：三个共点力的合力为零时，任一个力与其它两个力夹角正弦的比值是相等的。5．有固定转动轴物体的平衡力矩：力F与力臂L的乘积叫做力对转动轴的力矩。即M=FL,单位：N·m。平衡条件：力矩的代数和为零。即M1+M2+M3+……=0。6．刚体的平衡刚体：在任何情况下形状大小都不发生变化的力学研究对象。力偶、力偶矩：二个大小相等、方向相反而不在一直线上的平行力称为力偶。力偶中的一个力与力偶臂（两力作用线之间的垂直距离）的乘积叫做力偶矩。在同一平面内各力偶的合力偶矩等于各力偶矩的代数和。平衡条件：合力为零，即∑F=0；对任一转动轴合力矩为零，即∑M=0。7．物体平衡的种类分为稳定平衡、不稳定平衡和随遇平衡三种类型。稳度及改变稳度的方法：处于稳定平衡的物体，靠重力矩回复原来平衡位置的能力，叫稳度。降低重心高度、加大支持面的有效面积都能提高物体的稳度；反之，则降低物体的稳度。专题二直线运动【扩展知识】一.质点运动的基本概念1．位置、位移和路程位置指运动质点在某一时刻的处所，在直角坐标系中，可用质点在坐标轴上的投影坐标（x,y,z）来表示。在定量计算时，为了使位置的确定与位移的计算一致，人们还引入位置矢量（简称位矢）的概念，在直角坐标系中，位矢r定义为自坐标原点到质点位置P(x,y,z)所引的有向线段，故有222zyxr,r的方向为自原点O点指向质点P，如图所示。位移指质点在运动过程中，某一段时间t内的位置变化，即位矢的增量tttrrs_)(，它的方向为自始位置指向末位置，如图2所示，路程指质点在时间内通过的实际轨迹的长度。2．平均速度和平均速率平均速度是质点在一段时间内通过的位移和所用时间之比tsv平，平均速度是矢量，方向与位移s的方向相同。平均速率是质点在一段时间内通过的路程与所用时间的比值，是标量。3．瞬时速度和瞬时速率瞬时速度是质点在某一时刻或经过某一位置是的速度，它定义为在时的平均速度的极限，简-7-称为速度，即tsvt0lim。瞬时速度是矢量，它的方向就是平均速度极限的方向。瞬时速度的大小叫瞬时速率，简称速率。4．加速度加速度是描述物体运动速度变化快慢的物理量，等于速度对时间的变化率，即tva，这样求得的加速度实际上是物体运动的平均加速度，瞬时加速度应为tvat0lim。加速度是矢量。二、运动的合成和分解1．标量和矢量物理量分为两大类：凡是只须数值就能决定的物理量叫做标量；凡是既有大小，又需要方向才能决定的物理量叫做矢量。标量和矢量在进行运算是遵守不同的法则：标量的运算遵守代数法则；矢量的运算遵守平行四边形法则（或三角形法则）。2．运动的合成和分解在研究物体运动时，将碰到一些较复杂的运动，我们常把它分解为两个或几个简单的分运动来研究。任何一个方向上的分运动，都按其本身的规律进行，不会因为其它方向的分运动的存在而受到影响，这叫做运动的独立性原理。运动的合成和分解包括位移、速度、加速度的合成和分解，他们都遵守平行四边形法则。三、竖直上抛运动定义：物体以初速度0v向上抛出，不考虑空气阻力作用，这样的运动叫做竖直上抛运动。四、相对运动物体的运动是相对于参照系而言的，同一物体的运动相对于不同的参照系其运动情况不相同，这就是运动的相对性。我们通常把物体相对于基本参照系（如地面等）的运动称为“绝对运动”，把相对于基本参照系运动着的参照系称为运动参照系，运动参照系相对于基本参照系的运动称为“牵连运动”，而物体相对于运动参照系的运动称为“相对运动”。显然绝对速度和相对速度一般是不相等的，它们之间的关系是：绝对速度等于相对速度与牵连速度的矢量和。即vvv相绝或乙对地甲对乙甲对地vvv专题三牛顿运动定律【扩展知识】非惯性参照系凡牛顿第一定律成立的参照系叫惯性参照系，简称惯性系。凡相对于惯性系静止或做匀速直线运动的参照系，都是惯性系。在不考虑地球自转，且在研究较短时间内物体运动的情况下，地球可看成是近似程度相当好的惯性系。凡牛顿第一定律不成立的参照系统称为非惯性系，一切相对于惯性参照系做加速运动的参照系都是非惯性参照系。在考虑地球自转时，地球就是非惯性系。在非惯性系中，物体的运动也不遵从牛顿第二定律，但在引入惯性力的概念以后，就可以利用牛顿第二定律的形式来解决动力学问题。一，直线系统中的惯性力简称惯性力，例如在加速前进的车厢里，车里的乘客都觉得自己好象受到一个使其向后倒得力，这个力就是惯性力，其大小等于物体质量m与非惯性系相对于惯性系的加速度大小a-8-的乘积，方向于a相反。用公式表示，这个惯性力F惯=-ma,不过要注意：惯性力只是一种假想得力，实际上并不存在，故不可能找出它是由何物所施，因而也不可能找到它的反作用力。惯性力起源于物体惯性，是在非惯性系中物体惯性得体现。二，转动系统中的惯性力简称惯性离心力，这个惯性力的方向总是指向远离轴心的方向。它的大小等于物体的质量m与非惯性系相对于惯性系的加速度大小a的乘积。如果在以角速度ω转动的参考系中，质点到转轴的距离为r,则：F惯=mω2r.假若物体相对于匀速转动参照系以一定速度运动，则物体除了受惯性离心力之外，还要受到另一种惯性力的作用，这种力叫做科里奥利力，简称科氏力，这里不做进一步的讨论。专题四曲线运动【拓展知识】一、斜抛运动（1）定义：具有斜向上的初速0v且只受重力作用的物体的运动。（2）性质：斜抛运动是加速度a=g的匀变速曲线运动。（3）处理方法：正交分解法：将斜抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的竖直上抛运动，然后用直角三角形求解。如图所示（4）斜抛运动的规律如下：任一时刻的速度cos0vvx,sin0vvy-gt.任一时刻的位置tvxcos0,2021singttvy.竖直上抛运动、平抛运动可分别认为是斜抛运动在00090和时的特例.斜抛运动在最高点时gvtttttgvtvysin2,sin,000下上总下上上，水平方向的射程斜抛物体具有最大的射程gvtvs2sin