《高中必修一物理思维导图》
一、运动的描述
1.1 质点与参考系
- 质点:
- 理想化模型：忽略物体形状和大小，只考虑质量。
- 条件：物体的大小和形状对所研究的问题影响甚微。
- 参考系:
- 定义：用来确定物体位置的物体或物体系。
- 选取原则：任意性，但一般选取地面为参考系。
- 不同参考系，运动描述不同。
- 坐标系:
- 作用：定量描述物体的位置变化。
- 常见坐标系：一维直线坐标系、二维平面直角坐标系、三维空间直角坐标系。
1.2 时间和位移
- 时刻和时间间隔:
- 时刻：某一瞬时，时间轴上的一个点。
- 时间间隔：两时刻之间的间隔，时间轴上的一段线段。
- 位移:
- 定义：描述物体位置变化的物理量，用从初位置指向末位置的有向线段表示。
- 矢量：既有大小又有方向。
- 与路程的区别：路程是物体实际运动轨迹的长度，是标量。只有单向直线运动中，位移大小才等于路程。
1.3 速度
- 平均速度:
- 定义：位移与发生这段位移所用时间的比值。
- 公式：v = Δx / Δt
- 矢量：方向与位移方向相同。
- 瞬时速度:
- 定义：物体在某一时刻或某一位置的速度。
- 物理意义：描述物体在某一时刻运动的快慢和方向。
- 矢量：方向为物体在该时刻的运动方向。
- 速率:
- 瞬时速度的大小，是标量。
- 平均速率：路程与所用时间的比值，是标量。
1.4 加速度
- 定义:
- 速度的变化量与发生这段变化所用时间的比值。
- 公式：a = Δv / Δt
- 物理意义:
- 描述物体速度变化的快慢。
- 矢量:
- 方向：与速度变化量Δv的方向相同，而不是与速度v的方向相同。
- 加速度与速度的关系:
- 同向：物体做加速运动。
- 反向：物体做减速运动。
- 加速度大，速度变化快；速度大，物体运动快。两者没有直接关系。
二、匀变速直线运动的研究
2.1 实验：探究小车速度随时间变化的规律
- 实验器材:
- 打点计时器（电磁式或电火花式）、小车、一端带有滑轮的长木板、纸带、细绳、钩码、电源、刻度尺。
- 实验步骤:
- 安装器材，将打点计时器固定在长木板一端，并接通电源。
- 将纸带穿过打点计时器，并固定在小车尾部。
- 启动小车，拖动纸带，小车在木板上运动，打点计时器在纸带上打出一系列的点。
- 取下纸带，选取清晰的点，进行数据处理。
- 数据处理:
- 选取计数点，测量各计数点间的距离，计算各计数点对应的时刻。
- 利用平均速度代替瞬时速度，计算各计数点的瞬时速度。
- 以时间为横轴，速度为纵轴，建立坐标系，描点作图，得到v-t图像。
- 结论:
- v-t图像是一条倾斜的直线，说明小车做匀变速直线运动。
- 直线的斜率表示加速度。
2.2 匀变速直线运动的速度与时间的关系
- 公式: v = v₀ + at
- v：末速度，v₀：初速度，a：加速度，t：时间。
- v-t图像:
- 斜率表示加速度。
- 与时间轴围成的面积表示位移。
2.3 匀变速直线运动的位移与时间的关系
- 公式: x = v₀t + (1/2)at²
- x：位移，v₀：初速度，a：加速度，t：时间。
2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系
- 公式: v² - v₀² = 2ax
- v：末速度，v₀：初速度，a：加速度，x：位移。
2.5 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。
- 特点:
- 初速度为0，加速度为重力加速度g，方向竖直向下。
- 运动规律:
- v = gt
- h = (1/2)gt²
- v² = 2gh
2.6 伽利略对自由落体运动的研究
- 实验验证:
- 伽利略通过实验证明了自由落体运动是匀加速直线运动。
- 利用斜面“冲淡”重力，便于测量时间。
- 思想方法:
- 理想实验法：通过推理和假想，得出科学结论。
三、相互作用
3.1 重力 基本相互作用
- 重力:
- 定义：由于地球的吸引而使物体受到的力。
- 公式：G = mg
- 方向：竖直向下。
- 作用点：重心。
- 基本相互作用:
- 引力相互作用：存在于所有物体之间。
- 电磁相互作用：存在于带电物体之间。
- 强相互作用：存在于原子核内部。
- 弱相互作用：与某些放射性过程有关。
3.2 弹力
- 定义:
- 物体发生弹性形变时产生的力。
- 产生条件:
- 物体之间相互接触并发生弹性形变。
- 方向:
- 与形变方向相反。
- 绳的弹力：沿绳的方向。
- 支持力：垂直于接触面指向被支持的物体。
- 压力：垂直于接触面指向施压的物体。
- 胡克定律:
- F = kx
- F：弹力，k：劲度系数，x：形变量。
3.3 摩擦力
- 静摩擦力:
- 定义：物体之间有相对运动趋势时产生的力。
- 方向：与相对运动趋势方向相反。
- 大小：0 ≤ f ≤ fmax (最大静摩擦力)
- 滑动摩擦力:
- 定义：物体之间发生相对滑动时产生的力。
- 方向：与相对运动方向相反。
- 公式：f = μN
- μ：动摩擦因数，N：正压力。
3.4 力的合成
- 力的合成:
- 定义：求几个力的合力的过程。
- 法则：平行四边形定则/三角形定则。
- 合力范围:
- |F₁ - F₂| ≤ F ≤ F₁ + F₂
- 力的分解:
- 定义：求一个力的分力的过程。
- 原则：按照实际效果分解。
- 方法：平行四边形定则/三角形定则。
四、牛顿运动定律
4.1 牛顿第一定律
- 内容:
- 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到外力迫使它改变这种状态为止。
- 意义:
- 揭示了力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因。
- 说明了惯性是物体固有的属性。
- 惯性:
- 定义：物体具有保持原来运动状态的性质。
- 大小：只与物体的质量有关，质量越大，惯性越大。
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
- 实验原理:
- 控制变量法。
- 保持质量不变，研究加速度与力的关系。
- 保持力不变，研究加速度与质量的关系。
- 实验器材:
- 小车、打点计时器、纸带、细绳、滑轮、钩码、长木板、电源。
- 平衡摩擦力:
- 目的是使小车在不受拉力的情况下也能做匀速直线运动，抵消摩擦力对实验的影响。
- 实验结论:
- 加速度与物体所受的合外力成正比。
- 加速度与物体的质量成反比。
4.3 牛顿第二定律
- 内容:
- 物体的加速度跟所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。
- 公式:
- F合 = ma
- 单位:
- 牛顿 (N)
4.4 牛顿第三定律
- 内容:
- 两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
- 特点:
- 大小相等，方向相反，作用在两个物体上。
- 同时产生，同时消失。
- 性质相同：都是作用力，没有谁是作用力，谁是反作用力之分。
4.5 用牛顿定律解决问题(一)
- 解题步骤:
- 明确研究对象，确定研究过程。
- 对物体进行受力分析，画出受力图。
- 建立坐标系，将力正交分解。
- 根据牛顿第二定律列方程。
- 解方程，得出结果。
- 涉及的问题:
- 已知受力情况求运动情况。
- 已知运动情况求受力情况。
4.6 用牛顿定律解决问题(二)
- 连接体问题:
- 整体法：把几个物体看作一个整体，求解加速度。
- 隔离法：把每个物体单独拿出来分析，求解各个物体之间的力。
- 临界问题:
- 确定临界状态。
- 分析临界条件。
- 求解临界值。
This outline provides a solid foundation for understanding the key concepts in High School Physics (Compulsory 1). Remember to study examples and practice problems to solidify your understanding of these concepts. Good luck!