高中物理基本概念和基本规律(定理、定律、公式)

1高中物理基本概念和基本规律(定理、定律、公式)一．物理量、物理量中的矢量及运算：1．所有物理量必须要有单位．2．速度、加速度、动量、电场强度、磁感应强度等矢量必须注意方向，只有大小、方向都相等的两个矢量才相等．3．同一直线上矢量的运算：先规定一个正方向，跟正方向相同的矢量为正，跟正方向相反的矢量为负，求出的矢量为正值，则跟规定的方向相同；求出的矢量为负值，则跟规定的方向相反．4．力和运动的合成、分解都遵守平行四边形定则．三力平衡时，任意两力的合力跟第三力等值反向．三力的大小必满足以下关系：︱F1-F2︱≤F3≤F1+F2．二．力：1．重力G=mg方向竖直向下g=9.8m/s2≈10m/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/r2G=6.67×10-11N·m2/kg2方向在它们的连线上6．静电力F=kQ1Q2/r2K=9.0×109N·m2/C2方向在它们的连线上7．电场力F=EqE：场强N/Cq：电量C正电荷受的电场力与场强方向相同8．安培力F=BILsinθθ为B与L的夹角当L⊥B时：F=BIL，B∥L时：F=09．洛仑兹力f=qυBsinθθ为B与υ的夹角当υ⊥B时：f=qυB，υ∥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)，υ：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．10.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(F1F2)(2)互成角度力的合成F=2212122cosFFFFF1⊥F2时：F=2212FF(3)合力大小范围|F1-F2|≤F≤F1+F2(4)力的正交分解Fx=FcosβFy=Fsinββ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．④F1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．FF2F1OβFFyFxOxyOFF1F2α2三．直线运动：1）匀变速直线运动1．平均速度υ平=s/t（定义式）2．有用推论υt2-υ02=2as3．中间时刻速度υt/2=υ平=(υt+υ0)/24．末速度υt=υ0+at5．中间位置速度υs/2=220()/2t6．位移s=υ平t=υ0t+at2/2=υt/2t7．加速度a=(υt-υ0)/t以υ0为正方向，a与υ0同向(加速)a0；反向则a08．实验用推论Δs=aT2Δs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(υ0)：m/s加速度(a)：m/s2末速度(υt)：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=(υt-υ0)/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/υ--t图/速度与速率/2)自由落体1．初速度υ0=02．末速度υt=gt3．下落高度h=gt2/2（从υ0位置向下计算）4．推论υt2=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=υ0t-gt2/22．末速度υt=υ0-gt（g=9.8≈10m/s2）3．有用推论υt2-υ02=-2gs4．上升最大高度Hm=υ02/2g(抛出点算起）5．往返时间t=2υ0/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．四．曲线运动万有引力定律1)平抛运动：平抛运动的研究方法──“先分后合”，即先分解后合成1．水平方向速度υx=υ02．竖直方向速度υy=gt3．水平方向位移sx=υ0t4．竖直方向位移(sy)=gt2/25．运动时间t=2/ysg(通常又表示为2/hg)6．合速度υt=22xy=220()gt合速度方向与水平夹角β：tgβ=υy/υx=gt/υ07．合位移s=22xyss位移方向与水平夹角α：tgα=sy/sx＝gt/2υ0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．(3)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．8．小船渡河时(1)若υ船＞υ水船头垂直河岸时，过河时间最小；航向(合速度)垂直河岸时，过河的位移最小．(2)若υ船＜υ水船头垂直河岸时，过河时间最小；只有当υ船⊥υ合时，过河的位移最小．x/232）匀速圆周运动1．线速度υ=s/t=2πR/T2．角速度ω=Φ/t=2π/T=2πf3．向心加速度a=υ2/R=ω2R=(2π/T)2R=ωυ4．向心力F心=mυ2/R=mω2R=m(2π/T)2R=mωυ5．周期与频率T=1/f6．角速度与线速度的关系υ=ωR7．角速度与转速的关系ω=2πn8．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（υ）：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）做匀速圆周运动的物体所受到的合力充当向心力，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）做非匀速圆周运动的物体沿半径方向的合力充当向心力．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/r2G=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=mgg=GM/R2R：天体半径(m)4．卫星绕行速度、角速度、周期υ=/GMRω=3/GMRT=2π3/RGM5．第一宇宙速度：在地面附近环绕地球做匀速圆周运动的最小发射速度(最大运行速度)υ1=gr地地=7.9km/s第二宇宙速度：脱离地球引力的束缚，成为绕太阳运动的人造行星的最小发射速度υ2=11.2km/s第三宇宙速度：脱离太阳引力的束缚，飞到太阳系以外的宇宙空间去的最小发射速度υ3=16.7km/s6．地球同步卫星GMm/(R+h)2=m4π2(R+h)/T2h≈36000kmh：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万=F心(GmM/r2=ma=mυ2/r=mω2r)(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．(6)在天体问题的计算中，经常要用到的一个重要关系式：GM地=gR地2．五．动力学（运动和力）1．伽利略斜面实验是牛顿第一定律的实验基础，把可靠的事实和深刻的理论思维结合起来的理想实验是科学研究的一种重要方法．2．牛顿第一定律(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．3．牛顿第二定律：F合=ma或a=F合/ma由合外力决定，与合外力方向一致．牛顿第二定律中的F合应该是物体受到的合外力；应用牛顿第二定律时要注意同时、同向、同体；牛顿运动定律只适用于低速运动的宏观物体，对微观粒子和接近光速运动的物体不适用．4．牛顿第三定律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5．共点力的平衡F合=0二力平衡6．超重：NG(物体具有向上的加速度)失重：NG(物体具有向下的加速度)注：平衡状态是指物体处于静上或匀速度直线状态．47．物体的运动决定于它所受的合力F和初始运动条件：六．功和能（功是能量转化的量度）1．功W=Fscosα（定义式）W：功(J)F：恒力(N)s：位移(m)α：F、s间的夹角2．重力做功Wab=mghabm：物体的质量g=9.8≈10hab：a与b高度差(hab=ha-hb)3．电场力做功Wab=qUabq：电量（C）Uab：a与b之间电势差(V)即Uab=Ua-Ub4．电功W=UIt（普适式）U：电压（V）I：电流(A)t：通电时间(s)6．功率P=W/t(定义式)P：功率[瓦(W)]W：t时间内所做的功(J)t：做功所用时间(s)8．汽车牵引力的功率P=FυP平=Fυ平P：瞬时功率P平：平均功率9．汽车以恒定功率启动、以恒定加速度启动、汽车最大行驶速度(υmax=P额/f)10．电功率P=UI(普适式)U：电路电压(V)I：电路电流(A)11．焦耳定律Q=I2RtQ：电热(J)I：电流强度(A)R：电阻值(Ω)t：通电时间(s)12．纯电阻电路中I=U/RP=UI=U2/R=I2RQ=W=UIt=U2t/R=I2Rt13．动能Ek=mυ2/2Ek：动能(J)m：物体质量(Kg)υ：物体瞬时速度(m/s)14．重力势能EP=mghEP:重力势能(J)g:重力加速度h:竖直高度(m)(从零势能点起)15．电势能εA=qUAεA：带电体在A点的电势能(J)q：电量(C)UA：A点的电势(V)16．动能定理(对物体做正功，物体的动能增加)W合=mυt2/2–mυ02/2W合=ΔEkW合：外力对物体做的总功ΔEk：动能变化ΔEk=(mυt2/2–mυ02/2)17．机械能守恒定律ΔE=0Ek1+Ep1=Ek2+Ep2mυ12/2+mgh1=mυ22/2+mgh218．重力做功与重力势能的变化(重力做功等于物体重力势能增量的负值)WG=-ΔEP注：（1）功的公式W=Fscosα只适用于恒力做功，变力做功一般用动能定理计算．（2）功率大小表示做功快慢，做功多少表示能量转化多少．（3）0°≤α＜90°做正功；90°＜α≤180°做负功；α=90°不做功(力方向与位移(速度)方向垂直时该力不做功)．（4）重力(弹簧弹力、电场力、分子力)做正功，则重力(弹性、电、分子)势能减少．（5）重力做功和电场力做功均与路径无关（见2、3两式）．（6）机械能守恒定律适用于只有重力和弹簧的弹力做功的情况，只是动能和势能之间的转化应用于光滑斜面、自由落体运动、上抛、下抛、平抛运动、光滑曲面、单摆、竖直平面的圆周运动、弹簧振子等情况．（7）能的其它单位换算：1kWh(度)=3.6×106J1eV=1.60×10-19J．*（8）弹簧弹性势能E=kx2/2．19．功能关系--------功是能量转化的量度⑴重力所做的功等于重力势能的减少⑵电场力所做的功等于电势能的减少⑶弹簧的弹力所做的功等于弹性势能的减少⑷合外力所做的功等于动能的增加4.F=-kx————简谐运动3.F大小不变且始终垂直υ————匀速圆周运动力和运动的关系υ=0——