物理必修1

这是一篇关于高中物理必修一的思维导图，主要内容有第一章:运动的描述、第二章:匀变速直线运动的研究、第三章:相互作用、第四章:牛顿运动定律、学生实验。

物理必修1

• 第一章：运动的描述
  • 机械运动
    • 定义
      • 物体的空间位置随时间的变化，称为机械运动。
    • 意义
      • 自然界中最简单、最基本的运动形态。
  • 1.质点、参考系和坐标系
    • 质点
      • 定义
        • 在某些情况下，不考虑物体的大小和形状，突出“物体具有质量”，把它简化为一个有质量的点，称为质点。
      • 研究方法
        • 在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。
    • 运动
      • 绝对性
        • 自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的。
      • 相对性
        • 描述某一个物体的位置及其随时间的变化，却又总是相对于其他物体而言的。这便是运动的相对性。
    • 参考系
      • 定义
        • 用来做参考的物体称为参考系。
      • 选择不同的参考系来观察同一物体的运动，其结果会有所不同。
    • 坐标系
      • 定义
        • 一般地，为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。
  • 2.时间和位移
    • 时刻和时间间隔
      • 在表示时间的数轴上，时刻用点表示，时间间隔用线段表示。
    • 路程和位移
      • 路程
        • 定义
          • 物体运动轨迹的长度叫做路程。
      • 位移
        • 定义
          • 物体（质点）的位置变化叫做位移。
        • 表示
          • 从初位置到末位置作一条有向线段，用这条有向线段表示位移。
    • 矢量和标量
      • 矢量
        • 定义
          • 既有大小又有方向的物理量。
        • 举例
          • 位移，速度，加速度
      • 标量
        • 定义
          • 只有大小，没有方向的物理量。
        • 举例
          • 温度，质量，时间
    • 直线运动的位置和位移
      • 物体在时刻t1处于“位置”x1，在时刻t2运动到“位置”x2。那么，x2-x1就代表物体的“位移”。
      • ∆x=x2-x1
  • 3.运动快慢的描述——速度
    • 坐标与坐标的变化量
      • 时间的变化量
        • ∆t=t2-t1
      • 计算坐标变化量时，应该用后来的坐标减去原来的坐标。
    • 速度
      • 比较物体运动快慢
        • 一、相同时间内，比较物体运动位移的大小，位移大，运动得快。
        • 二、位移相同，比较所用时间的长短，时间短的，运动得快。
      • 定义
        • 物理学中用位移与发生这个位移所用时间的比值表示物体运动得快慢，这就是速度，通常用字母v代表。
      • 公式
        • 如果在时间∆t内物体的位移是∆x，它的速度就可以表示为v=∆x/∆t。
      • 单位
        • 在国际单位制中，速度的单位是米每秒，符号是m/s，常用的单位还有千米每时（km/h）、厘米每秒（cm/s）等。
      • 速度也是矢量，既有大小，又有方向。速度的大小在数值上上等于单位时间内物体位移的大小，速度的方向就是物体运动的方向。
    • 平均速度和瞬时速度
      • 平均速度
        • 定义
          • 表示物体在时间间隔∆t内的平均快慢程度，称为平均速度。
        • 公式
          • v=∆x/∆t
      • 瞬时速度
        • 定义
          • 表示物体在时刻t的速度，叫做瞬时速度。
      • 速率
        • 定义
          • 瞬时速度的大小通常叫做速率。
      • 平均速率
        • 定义
          • 路程与通过这段路程的时间的比值叫做平均速率。
    • 常见物体的速度v（m/s）
      • 光在真空中传播——3.0*10^8
      • 地球公转——3.0*10^4
      • 人造卫星或飞船（近地圆轨道）——约7*10^3
      • 洲际弹道导弹——约5*10^3
      • 远程炮弹——约2*10^3
      • 普通炮弹——约1*10^3
      • 步枪子弹——约900
      • 巡航导弹——约800
      • 军用喷气式飞机——约600
      • 大型客机——约300
      • 火车（快车）——可达60
      • 高速公路上的汽车——最快33
      • 野兔——约18
      • 远洋轮船——8~17
      • 赛马——约15
    • 光年
      • 9,460,800,000,000,000m=94,608,000,000,000km
  • 4.实验：用打点计时器测速度
    • 电磁打点计时器
      • 使用交流电源，由学生电源供电，工作电压在6V以下。
      • 当电源的频率是50Hz时，它每隔0.02s打一个点。
      • 通电以前，把纸带穿过限位孔，再把套在轴上的复写纸片压在纸带的上面。
      • 接通电源后，在线圈和永久磁铁的作用下，振片便振动起来，带动其上的振针上下振动。
      • 这时，如果纸带运动，振针就通过复写纸在纸袋上留下一行小点。
      • 打点计时器只能连续工作很短时间，打点之后要立即关闭电源。
    • 电火花计时器
      • 电火花计时器的计时原理与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉。
      • 使用时，墨粉纸盘套在纸盘轴上，把纸带穿过限位孔。
      • 当接通电源，按下脉冲输出开关时，计时器发出的脉冲电流经放电针、墨粉纸盘到纸盘轴，产生火花放电，于是在运动的纸带上就打出一行点迹。
      • 当电源的频率是50Hz时，它每隔0.02s打一个点。
      • 这种计时器工作时，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也就比较小。
    • 用图像表示速度
      • 在作曲线“拟合”坐标系中的点时，要注意“顺势”“平滑”，如果有些点难以落在曲线上，应该使它们大致均匀地分布在曲线两侧，为了使拟合曲线能较好地反映客观规律，根据实验数据做出的点不能太少，至少要有5、6个。
  • 5.速度变化快慢的描述——加速度
    • 加速度
      • 定义
        • 加速度是速度的变化量与发生这一变化所用时间的比值，通常用a代表
      • 公式
        • a=∆v/∆t
      • 单位
        • 在国际单位制中，加速度的单位是米每二次方秒，符号是m/s^2。
      • 与速度方向的关系
        • 在直线运动中，如果速度增加，加速度的方向与速度的方向相同；如果速度减小，加速度的方向与速度的方向相反。
    • 一些运动物体的加速度a/（m/s^2）
      • 炮弹在炮筒中——5*10^8
      • 跳伞者着陆时——-24.5
      • 喷气式飞机着陆后滑行——-5~-8
      • 汽车急刹车——-4~-6
      • 赛车起步——4.5
      • 无轨电车起步——约1.8
      • 旅客列车起步——约0.35
• 第二章：匀变速直线运动的研究
  • 1.实验：探究小车速度随时间变化的规律
  • 2.匀变速直线运动的速度与时间的关系
    • 匀变速直线运动
      • 定义
        • 沿着一条直线，且加速度不变的运动，叫做匀变速直线运动。
      • 图像
        • 匀变速直线运动的v-t图像是一条倾斜的直线。
      • 分类
        • 匀加速直线运动
          • 定义
            • 如果物体的速度随着时间均匀增加，这个运动叫做匀加速直线运动。
        • 匀减速直线运动
          • 定义
            • 如果物体的速度随着时间均匀减小，这个运动叫做匀减速直线运动。
    • 速度与时间的关系式
      • v=v0+a*t
  • 3.匀变速直线运动的位移与时间的关系
    • 位移与时间的关系式
      • x=v0*t+1/2*a*t^2
  • 4.匀变速直线运动的位移与速度的关系
    • 位移与速度的关系式
      • v^2-v0^2=2*a*x
  • 只有建立了坐标系，速度、加速度等物理量的正负号才能确定。
  • 5.自由落体运动
    • 自由落体运动
      • 定义
        • 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。
      • 这种运动只在没有空气的空间才能发生，在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落也可以近似看做自由落体运动。
      • 自由落体运动是初速度为0的匀加速直线运动。
    • 自由落体加速度
      • 定义
        • 在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同，这个加速度叫做自由落体加速度，也叫做重力加速度，通常用g表示。
      • 取值
        • 在赤道g=9.780m/s^2
        • 在北京g=9.801m/s^2
        • 一般的计算中，可以取g=9.8m/s^2或g=10m/s^2
• 第三章：相互作用
  • 1.重力、基本相互作用
    • 力和力的图示
      • 力
        • 定义
          • 物体与物体之间的相互作用，称做力。
        • 力是改变物体的运动状态、产生形变的原因。
        • 单位
          • 在国际单位制中，力的单位是牛顿，简称牛，符号是N。
      • 力的图示
        • 定义
          • 可以用带箭头的线段表示力。线段是按一定比例（标度）画出的，它的长短表示力的大小，它的指向表示力的方向，箭尾（或箭头）表示力的作用点，线段所在的直线叫做力的作用线。这种表示力的方法，叫做力的图示。
    • 重力
      • 定义
        • 由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力。
      • 公式
        • G=m*g
      • 从效果上看，我们可以认为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。
      • 质量均匀分布的物体，常称均匀物体，重心的位置只跟物体的形状有关。
      • 质量分布不均匀的物体，重心的位置除了跟物体的形状有关外，还跟物体内质量的分布有关。
      • 确定薄板的重心
        • 薄板重心的位置可以通过两次悬挂来确定。
        • 先在A点把物体悬挂起来，通过A点画一条竖直线AB，然后再选另一处D点把物体悬挂起来，同样通过D点画一条竖直线DE，AB和DE的交点C，就是薄板的重心。
    • 四种基本相互作用
      • 万有引力
        • 地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。
      • 电磁相互作用
        • 电磁力随距离变化的规律与万有引力相似：当距离增大到原来的2倍时，它们减小到原来的1/4。
      • 强相互作用
        • 距离增大时，强相互作用急剧减小，它的作用范围只有约10^-15，即原子核的大小。
      • 弱相互作用
        • 弱相互作用的作用范围也很小，与强相互作用相同，但强度只有强相互作用的10^-12倍。
  • 2.弹力
    • 自然界的四种基本相互作用是不需要物体相互接触就能起作用的。
    • 弹性形变和弹力
      • 形变
        • 定义
          • 物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变。
      • 弹性形变
        • 定义
          • 有些物体在形变后能够恢复原状，这种形变叫做弹性形变。
      • 弹力
        • 定义
          • 发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫做弹力。
      • 弹性限度
        • 定义
          • 如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体就不能完全恢复原来的形状。这个限度叫做弹性限度。
      • 绳的拉力沿着绳而指向绳收缩的方向。
    • 胡克定律
      • 弹力的大小跟形变的大小有关系，形变越大，弹力也越大，形变消失，弹力随着消失。
      • 定义
        • 弹簧发生弹性形变时，弹力的大小F跟弹簧伸长（或缩短）的长度x成正比。
      • 公式
        • F=k*x
          • 式中的k称为弹簧的劲度系数，单位是牛顿每米，单位的符号是N/m。
  • 3.摩擦力
    • 摩擦力
      • 定义
        • 两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力叫做摩擦力。
    • 静摩擦力
      • 定义
        • 两个物体之间只有相对运动的趋势，而没有相对运动，所以这时的摩擦力叫做静摩擦力。
      • 方向
        • 静摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反。如果接触面是曲面，静摩擦力的方向与接触面相切。
      • 大小
        • 静摩擦力的增大有一个限度。静摩擦力的最大值Fmax在数值上等于物体刚刚开始运动时的拉力。两物体间实际发生的静摩擦力F在0与最大静摩擦力Fmax之间，即0<F<=Fmax。
    • 滑动摩擦力
      • 定义
        • 当一个物体在另一个物体表面滑动的时候，会受到另一个物体阻碍它滑动的力，这种力叫做滑动摩擦力。
      • 方向
        • 滑动摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体的相对运动的方向相反。
      • 大小
        • 滑动摩擦力的大小跟压力成正比，也就是跟两个物体表面间的垂直作用力成正比。
      • 公式
        • F=μFN
          • 其中μ是比例系数（它是两个力的比值，没有单位），叫做动摩擦因数，它的数值跟相互接触的两个物体的材料有关。材料不同，两物体间的动摩擦因数也不同。动摩擦因数还跟接触面的情况（如粗糙程度）有关。
    • 几种材料间的动摩擦因数
      • 钢——钢——0.25
      • 木——木——0.30
      • 木——金属——0.20
      • 皮革——铸铁——0.28
      • 钢——冰——0.02
      • 木头——冰——0.03
      • 橡胶轮胎——路面（干）——0.71
    • 滚动摩擦
      • 定义
        • 滚动摩擦是一个物体在另一个物体表面上滚动时产生的摩擦。
      • 当压力相同时，滚动摩擦比滑动摩擦小很多。
    • 流体的阻力
      • 流体
        • 定义
          • 气体和液体都具有流动性，统称为流体。
      • 流体的阻力
        • 影响因素
          • 流体的阻力跟物体相对与流体的速度有关，速度越大，阻力越大。
          • 流体的阻力还跟物体的横截面积有关，横截面积越大，阻力越大。
          • 流体的阻力还跟物体的形状有关系，头圆尾尖的物体所受的流体的阻力较小，这种形状通常叫做流线型。
          • 一般来说，空气阻力比液体阻力、固体间的摩擦力都要小。
  • 4.力的合成
    • 合力和分力
      • 当一个物体受到几个力的共同作用时，我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，原来的几个力叫做分力。
    • 力的合成
      • 定义
        • 求几个力的合力的过程叫做力的合成。
    • 平行四边形定则
      • 定义
        • 两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。
      • 如果两个以上的力作用在一个物体上，也可以应用平行四边形定则求出它们的合力：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。
    • 共点力
      • 定义
        • 如果一个物体受到两个或更多力的作用，有些情况下这些力共同作用在同一点上，或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，这样的一组力叫做共点力。
      • 力的合成的平行四边形定则，只适用于共点力。
  • 5.力的分解
    • 力的分解
      • 定义
        • 求一个力的分力叫做力的分解。
    • 矢量相加的法则
      • 三角形定则
        • 定义
          • 像这样把两个矢量首尾相连，从而求出合矢量的方法叫做三角形定则。
      • 矢量
        • 定义
          • 既有大小，又有方向，相加时遵从平行四边形定则（或三角形定则）的物理量叫做矢量。
      • 标量
        • 定义
          • 只有大小，没有方向，求和时按照算术法则相加的物理量叫做标量。
• 第四章：牛顿运动定律
  • 运动学
    • 定义
      • 在物理学中，只研究物体怎样运动，而不涉及运动与力的关系的理论，称作运动学。
  • 动力学
    • 定义
      • 在物理学中，研究运动与力的关系的理论称作动力学。
  • 运动学是动力学的基础。
  • 1.牛顿第一定律
    • 牛顿物理学的基石——惯性定律
      • 牛顿第一定律
        • 定义
          • 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力，迫使它改变这种状态，这就是牛顿第一定律。
      • 惯性
        • 定义
          • 牛顿第一定律表明物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质，我们把这个性质叫做惯性。牛顿第一定律又叫做惯性定律。
    • 惯性与质量
      • 质量
        • 定义
          • 描述物体惯性的物理量是它们的质量。
        • 单位
          • 质量只有大小，没有方向，它是标量。在国际单位制中，质量的单位是千克，单位符号为kg。
    • 惯性参考系
      • 定义
        • 在有些参考系中，不受力的物体会保持静止或匀速直线运动的状态，这样的参考系叫做惯性参考系，简称惯性系。
      • 如果所选的参考系在相对于某惯性系做变速运动，惯性定律在所选的参考系中就不成立。
  • 3.牛顿第二定律
    • 牛顿第二定律
      • 定义
        • 物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟作用力的方向相同，这就是牛顿第二定律。
      • 公式
        • F=k*m*a
          • 其中k是比例系数。
        • 实际物体所受的力往往不止一个，这时式中的F指的是物体所受的合力。
        • 如果选取k=1，那么就有F=m*a
    • 力的单位
      • 当物体的质量是m=1kg、在某力的作用下它获得的加速度是a=1m/s^2时，F=m*a=1kg*1m/s^2=1kg*m/s^2。
      • 我们就把这个力叫做“一个单位的力”。也就是说，如果质量和加速度的单位分别用千克和米每二次方秒，力的单位就是千克米每二次方秒。后人为了纪念牛顿，把kg*m/s^2称作“牛顿”，用符号N表示。
    • 用动力学方法测质量
  • 4.力学单位制
    • 国际单位制的基本单位
      • 长度——l——米——m
      • 质量——m——千克（公斤）——kg
      • 时间——t——秒——s
      • 电流——I——安【培】——A
      • 热力学温度——T——开【尔文】——K
      • 物质的量——n——摩【尔】——mol
      • 发光强度——I，（Iv）——坎【德拉】——cd
  • 5.牛顿第三定律
    • 作用力和反作用力
      • 一个物体对另一个物体施加了力，后一物体一定同时对前一物体也施加了力，物体间相互作用的这一对力，通常叫做作用力和反作用力。
      • 作用力和反作用力总是互相依存，同时存在的。我们可以把其中任何一个力叫做作用力，另一个力叫做反作用力。
    • 牛顿第三定律
      • 定义
        • 两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。这就是牛顿第三定律。
  • 7.用牛顿运动定律解决问题（二)
    • 共点力的平衡条件
      • 如果一个物体在力的作用下，保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。
      • 在共点力作用下物体的平衡条件是合力为0。
    • 超重和失重
      • 超重
        • 定义
          • 物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的现象，称为超重现象。
      • 失重
        • 定义
          • 物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的现象，称为失重现象。
• 学生实验
  • 3.误差和有效数字
    • 误差
      • 定义
        • 测量值跟被测物理量的真实值之间总会有差异，这种差异叫做误差。
    • 偶然误差和系统误差
      • 偶然误差
        • 定义
          • 这些误差是由偶然因素造成的，叫做偶然误差。
        • 特点
          • 偶然误差的特点是，当多次重复同一测量时，偏大和偏小的机会比较接近，可以用取平均值的方法来减小偶然误差。
      • 系统误差
        • 定义
          • 系统误差是由仪器结构缺陷，实验方法不完善造成的。
    • 绝对误差和相对误差
      • 相对误差=绝对误差/测量值
    • 有效数字
      • 定义
        • 这种带有一位不可靠数字的近似数字叫做有效数字。