《物理高一必修一思维导图》
一、 运动的描述
1.1 质点、参考系和坐标系
1.1.1 质点
- 概念：有质量但体积和形状可以忽略不计的物体。
- 理想化模型：真实物体抽象而来，方便研究。
- 条件：
- 物体的大小和形状对所研究的问题的影响可以忽略不计。
- 平动：物体上各点的运动情况相同，可视为质点。
- 判断：根据实际情况具体分析，并非绝对大小。
1.1.2 参考系
- 概念：用来作为参考，判断物体是否运动的物体。
- 选择：任意性，一般选地面或相对地面静止的物体。
- 描述运动：运动的描述具有相对性，同一物体相对于不同的参考系，运动情况可能不同。
1.1.3 坐标系
- 作用：定量描述物体的位置和运动。
- 种类：
- 一维坐标系：直线运动。
- 二维坐标系：平面运动。
- 三维坐标系：空间运动。
- 选择：根据实际问题选择合适的坐标系，简化计算。
1.2 时间和位移
1.2.1 时间和时刻
- 时刻：表示某一瞬间，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。
- 区分：在文字描述中，注意“几秒内”、“第几秒”等的区分。
1.2.2 位移和路程
- 位移：表示物体位置变化的物理量，有大小和方向，是矢量。
- 路程：物体运动轨迹的长度，只有大小，是标量。
- 联系：
- 单向直线运动：位移大小等于路程。
- 曲线运动：位移大小小于路程。
- 区分：注意题目中“位移的大小”与“路程”的区别。
1.3 速度
1.3.1 平均速度
- 定义：位移与时间的比值。
- 公式：v = Δx/Δt
- 矢量：有大小和方向，方向与位移方向相同。
- 描述：某段时间内物体运动的平均快慢程度。
1.3.2 瞬时速度
- 定义：物体在某一时刻的速度。
- 极限法：当Δt趋近于零时，平均速度的极限值。
- 矢量：有大小和方向，方向为该时刻的运动方向。
- 描述：某一时刻物体运动的快慢程度。
1.3.3 速率
- 定义：瞬时速度的大小。
- 标量：只有大小，没有方向。
- 平均速率：路程与时间的比值。
1.4 加速度
1.4.1 定义
- 定义：速度的变化量与所用时间的比值。
- 公式：a = Δv/Δt
- 矢量：有大小和方向，方向与速度变化量Δv的方向相同。
1.4.2 物理意义
- 描述：速度变化的快慢程度。
- 大小：单位时间内速度的变化量。
- 正负：
- a与v同向：加速运动。
- a与v反向：减速运动。
- 注意：加速度大，速度不一定大；速度变化量大，加速度不一定大。
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
2.1.1 实验原理
- 打点计时器：记录小车运动的时间和位移。
- 纸带分析：通过纸带上的点迹，计算小车的速度和加速度。
2.1.2 实验步骤
- 安装器材：将打点计时器固定在长木板一端，连接电源。
- 放置小车：将小车放置在长木板上，穿好纸带。
- 启动电源：先启动电源，后释放小车。
- 分析数据：选取合适的点迹，计算速度和加速度。
2.1.3 数据处理
- 利用纸带求瞬时速度：v = (xn+1 - xn-1)/2T (T为打点周期)
- 利用v-t图像求加速度：斜率表示加速度的大小。
2.2 匀变速直线运动的速度与时间的关系
2.2.1 公式
- v = v0 + at
- v：末速度，v0：初速度，a：加速度，t：时间。
2.2.2 物理意义
- v0：t=0时刻的速度，即初始状态的速度。
- at：速度的变化量，表示速度随时间的增加（或减少）量。
2.3 匀变速直线运动的位移与时间的关系
2.3.1 公式
- x = v0t + (1/2)at^2
- x：位移，v0：初速度，a：加速度，t：时间。
2.3.2 推导
- v-t图像面积：表示位移的大小。
2.4 匀变速直线运动的速度与位移的关系
2.4.1 公式
- v^2 - v0^2 = 2ax
- v：末速度，v0：初速度，a：加速度，x：位移。
2.4.2 推导
- 由速度时间关系式和位移时间关系式联立消去时间t得到。
2.5 自由落体运动
2.5.1 定义
- 物体只在重力作用下从静止开始下落的运动。
2.5.2 特点
- 初速度为零，加速度为重力加速度g。
- g：地球表面的重力加速度，约为9.8m/s^2，通常取10m/s^2。
2.5.3 公式
- v = gt
- h = (1/2)gt^2
- v^2 = 2gh
2.6 伽利略对自由落体运动的研究
2.6.1 科学方法
- 理想实验：通过逻辑推理，排除阻力的影响，得出理想状态下的结论。
- 数学工具：运用数学方法分析实验数据，寻找规律。
- 大胆猜想，小心求证：提出猜想，并通过实验验证猜想。
三、 相互作用
3.1 重力 基本相互作用
3.1.1 重力
- 定义：由于地球的吸引而使物体受到的力。
- 方向：竖直向下。
- 大小：G = mg，g为重力加速度。
- 作用点：重心，质量均匀分布且形状规则的物体，重心在几何中心。
3.1.2 基本相互作用
- 万有引力：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：存在于原子核内部的核子之间，维持原子核的稳定。
- 弱相互作用：存在于一些放射性衰变过程中。
3.2 弹力
3.2.1 定义
- 物体发生弹性形变时产生的力。
3.2.2 产生条件
- 相互接触且发生弹性形变。
3.2.3 方向
- 与形变的方向相反。
- 绳子的拉力：沿绳子指向绳子收缩的方向。
- 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，指向被压的物体。
3.2.4 大小
- 胡克定律：F = kx (k为劲度系数，x为形变量)
- 弹簧：弹力与形变量成正比。
3.3 摩擦力
3.3.1 静摩擦力
- 定义：相互接触的物体相对静止，但有相对运动趋势时产生的力。
- 方向：与相对运动趋势的方向相反。
- 大小：0 < f ≤ fm (fm为最大静摩擦力)
- 判断：假设法、平衡条件。
3.3.2 滑动摩擦力
- 定义：相互接触的物体发生相对滑动时产生的力。
- 方向：与相对运动的方向相反。
- 大小：f = μN (μ为动摩擦因数，N为正压力)
3.3.3 影响因素
- 动摩擦因数μ：与接触面的材料和粗糙程度有关。
- 正压力N：与接触面的相互挤压力有关。
3.4 力的合成与分解
3.4.1 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：两个力的合成。
- 矢量三角形定则：多个力的合成。
- 计算：
- 同一直线上：同向相加，反向相减。
- 互成角度：平行四边形定则或矢量三角形定则。
3.4.2 力的分解
- 定义：求一个力的分力的过程。
- 原则：按效果分解。
- 方法：平行四边形定则或矢量三角形定则。
- 特殊情况：正交分解。
3.4.3 共点力的平衡
- 定义：物体受到的合力为零。
- 条件：ΣFx = 0，ΣFy = 0
- 应用：
- 二力平衡：大小相等，方向相反，作用在同一直线上。
- 三力平衡：三个力共点，合力为零，任意两个力的合力与第三个力等大反向。