《物理高一思维导图》
一、绪论
1.1 物理学是什么
- 研究对象：
- 物质的结构、性质
- 物质的运动规律
- 研究方法：
- 观察与实验
- 科学假设
- 数学工具
- 逻辑推理
- 物理学的意义：
- 解释自然现象
- 指导技术进步
- 认识宇宙奥秘
1.2 物理学研究方法
- 实验法：
- 控制变量法：控制部分因素不变，研究剩余因素对结果的影响
- 类比法：通过相似现象进行推导
- 理想模型法：忽略次要因素，建立理想模型 (如质点、光滑平面)
- 科学抽象：
- 抓住主要特征，忽略次要因素
- 例如：质点、点电荷
- 建立物理模型：
- 简化实际问题
- 方便进行理论分析
- 数学方法：
- 数学是物理的工具
- 公式、图像、微积分等
1.3 国际单位制 (SI)
- 基本物理量：
- 长度 (m)
- 质量 (kg)
- 时间 (s)
- 电流 (A)
- 热力学温度 (K)
- 物质的量 (mol)
- 发光强度 (cd)
- 导出单位：
- 由基本单位组合而成
- 例如：速度 (m/s), 力 (N=kg·m/s²)
- 单位制的重要性：
- 保证物理公式的正确性
- 方便科学交流
二、运动的描述
2.1 质点、参考系和坐标系
- 质点：
- 具有质量，但忽略大小和形状的物体
- 能否看作质点取决于研究问题本身
- 参考系：
- 用来确定物体位置和运动的物体
- 参考系的选择具有任意性
- 不同的参考系描述运动的结果可能不同
- 坐标系：
- 用来定量描述物体位置
- 一维：数轴
- 二维：直角坐标系
- 三维：空间直角坐标系
2.2 时间和位移
- 时刻和时间间隔：
- 时刻：某一瞬间 (数轴上的点)
- 时间间隔：两个时刻之间的间隔 (数轴上的一段)
- 位移：
- 描述物体位置变化的物理量
- 矢量，有大小和方向
- 从初位置指向末位置的有向线段
- 路程：
- 物体运动轨迹的长度
- 标量，只有大小，没有方向
- 位移和路程的区别：
- 位移是矢量，路程是标量
- 单向直线运动中，位移大小等于路程
- 一般情况下，位移大小小于等于路程
2.3 速度
- 平均速度：
- 位移与时间间隔的比值
- 矢量，方向与位移方向相同
- $v_{avg} = \frac{\Delta x}{\Delta t}$
- 瞬时速度：
- 物体在某一时刻或某一位置的速度
- 矢量，方向是物体在该时刻的运动方向
- 速率：
- 瞬时速度的大小
- 标量
- 平均速率：
- 路程与时间间隔的比值
- 标量
2.4 加速度
- 加速度：
- 描述物体速度变化快慢的物理量
- 矢量，有大小和方向
- $a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$
- 加速度方向：
- 与速度变化的方向相同
- 加速运动：a与v同向
- 减速运动：a与v反向
- 加速度的大小：
- 反映速度变化的快慢程度
- 速度与加速度的关系：
- 速度大，加速度不一定大
- 速度变化大，加速度才大
三、匀变速直线运动
3.1 匀变速直线运动的规律
- 定义：
- 加速度恒定的直线运动
- 基本公式：
- 速度公式：$v_t = v_0 + at$
- 位移公式：$x = v_0t + \frac{1}{2}at^2$
- 重要推论：
- $v_t^2 - v_0^2 = 2ax$
- 平均速度：$v_{avg} = \frac{v_0 + v_t}{2}$
- 某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度
- 相邻相等时间内的位移差为常数：$\Delta x = aT^2$
3.2 匀变速直线运动的图像
- v-t图像：
- 斜率表示加速度
- 面积表示位移
- 截距表示初速度
- x-t图像：
- 斜率表示速度
- 曲线的弯曲程度表示加速度
3.3 自由落体运动
- 定义：
- 只受重力作用，从静止开始下落的运动
- 性质：
- 匀加速直线运动
- 加速度为重力加速度g，方向竖直向下
- 公式：
- $v_t = gt$
- $h = \frac{1}{2}gt^2$
- $v_t^2 = 2gh$
3.4 竖直上抛运动
- 运动过程：
- 上升阶段：匀减速直线运动
- 下落阶段：自由落体运动
- 处理方法：
- 分段法：分别研究上升和下落两个阶段
- 整体法：将整个过程看作匀变速直线运动，加速度为-g
- 重要结论：
- 上升的最大高度：$H = \frac{v_0^2}{2g}$
- 上升的时间：$t = \frac{v_0}{g}$
- 回到抛出点的时间：$2t = \frac{2v_0}{g}$
四、相互作用
4.1 力
- 力的概念：
- 物体间的相互作用
- 力可以改变物体的运动状态
- 力可以使物体发生形变
- 力的分类：
- 按性质分：重力、弹力、摩擦力、电磁力、核力
- 按作用方式分：接触力、非接触力
- 力的三要素：
- 大小
- 方向
- 作用点
- 力的表示方法：
- 力的图示
- 力的示意图
4.2 重力
- 重力的产生：
- 由于地球的吸引而使物体受到的力
- 重力的大小：
- $G = mg$
- g为重力加速度，与纬度和高度有关
- 重力的方向：
- 竖直向下
- 重心：
- 物体各部分所受重力的等效作用点
- 形状规则、质量分布均匀的物体，重心在几何中心
4.3 弹力
- 弹力的产生：
- 物体发生弹性形变时产生的力
- 弹力的大小：
- 与形变量有关
- 胡克定律：$F = kx$ (弹簧弹力)
- k为劲度系数，x为形变量
- 弹力的方向：
- 与形变方向相反
- 压力：垂直于接触面指向受力物体
- 支持力：垂直于接触面指向施力物体
- 绳的拉力：沿绳指向绳收缩的方向
4.4 摩擦力
- 摩擦力的产生：
- 相互接触的物体间存在相对运动或相对运动趋势时产生的力
- 摩擦力的分类：
- 静摩擦力：物体有相对运动趋势但未发生相对运动
- 滑动摩擦力：物体间已经发生相对运动
- 静摩擦力：
- 大小：0 < $f{静}$ ≤ $f{max}$ (最大静摩擦力)
- 方向：与相对运动趋势方向相反
- 滑动摩擦力：
- 大小：$f = \mu N$
- μ为动摩擦因数，与接触面粗糙程度和材料有关
- N为正压力
- 方向：与相对运动方向相反