《高一物理必修1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
- 定义：具有质量，但忽略形状和大小的物体。
- 条件：物体的形状和大小对所研究问题的影响可以忽略不计时，可视为质点。
- 意义：简化问题，建立物理模型。
- 1.1.2 参考系
- 定义：用来作为参考，判断物体是否运动的物体。
- 选择：任意性，通常选地面或相对地面静止的物体。
- 影响：同一运动，选择不同参考系，描述结果不同。
- 1.1.3 坐标系
- 定义：为了定量描述物体的位置变化，在参考系上建立的坐标系。
- 分类：
- 直线坐标系：描述一维运动。
- 平面直角坐标系：描述二维运动。
- 空间直角坐标系：描述三维运动。
1.2 时间和位移
- 1.2.1 时刻与时间间隔
- 时刻：某一瞬间，时间轴上的一个点。（对应状态）
- 时间间隔：两个时刻之间的间隔，时间轴上的一段线段。（对应过程）
- 1.2.2 位移
- 定义：表示物体位置变化的物理量，是从初位置指向末位置的有向线段。
- 矢量性：既有大小，又有方向。
- 与路程的区别：路程是物体运动轨迹的长度，是标量。
- 1.2.3 标量和矢量
- 标量：只有大小，没有方向的物理量。（如：质量、时间、路程、温度等）
- 矢量：既有大小，又有方向的物理量。（如：位移、速度、加速度、力等）
1.3 速度、加速度
- 1.3.1 速度
- 定义：表示物体运动快慢和方向的物理量，等于位移与所用时间的比值。
- 公式：v = Δx/Δt
- 单位：m/s (米每秒)
- 矢量性：既有大小，又有方向。速度方向为物体运动方向。
- 平均速度：一段时间内的总位移除以总时间。
- 瞬时速度：物体在某一时刻的速度。
- 1.3.2 加速度
- 定义：表示速度变化快慢的物理量，等于速度的变化量与所用时间的比值。
- 公式：a = Δv/Δt
- 单位：m/s² (米每二次方秒)
- 矢量性：既有大小，又有方向。加速度方向与速度变化量的方向相同。
- 加速运动：加速度方向与速度方向相同。
- 减速运动：加速度方向与速度方向相反。
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：记录物体运动的时间和位移。
- 匀变速直线运动：速度随时间均匀变化的直线运动。
- 2.1.2 实验器材
- 打点计时器、小车、长木板、电源、细绳、钩码、刻度尺、纸带。
- 2.1.3 实验步骤
- 安装器材。
- 小车拖动纸带运动，打点计时器打点。
- 取下纸带，分析数据。
- 2.1.4 数据分析
- 处理纸带，舍去开头部分点迹密集部分。
- 选取计数点，测量计数点间的距离。
- 计算各计数点的瞬时速度。
- 作出v-t图像，观察其是否为一条倾斜的直线。
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 v-t图像
- 图像为一条倾斜的直线。
- 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
- 2.3.1 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
- 2.4.1 公式
- v² - v₀² = 2ax
- v：末速度， v₀：初速度，a：加速度，x：位移。
- 2.4.2 平均速度的推论
- v̄ = (v₀ + v)/2 = x/t
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
- 初速度为零的匀加速直线运动。
- 加速度为重力加速度g，方向竖直向下，大小约为9.8 m/s²，通常取10 m/s²。
- 2.5.3 公式
- v = gt
- h = (1/2)gt²
- v² = 2gh
三、相互作用
3.1 力
- 3.1.1 力的概念
- 力是物体对物体的作用，是物体发生形变和改变运动状态的原因。
- 3.1.2 力的性质
- 物质性：力不能脱离物体而存在。
- 相互性：力的作用是相互的，施力物体同时也是受力物体。
- 矢量性：力既有大小，又有方向。
- 3.1.3 力的图示和力的示意图
- 力的图示：表示力的三要素（大小、方向、作用点）。
- 力的示意图：只表示力的方向和作用点，不表示大小。
3.2 重力
- 3.2.1 重力的产生
- 由于地球的吸引而使物体受到的力。
- 3.2.2 重力的大小
- G = mg
- g：重力加速度，随纬度和高度变化，通常取9.8 m/s²或10 m/s²。
- 3.2.3 重力的方向
- 竖直向下，指向地心。
- 3.2.4 重心
- 物体重力的作用点。
- 形状规则，质量分布均匀的物体的重心在几何中心。
3.3 弹力
- 3.3.1 弹力的产生
- 由于物体发生弹性形变而产生的力。
- 3.3.2 弹力的大小
- 胡克定律：F = kx
- k：劲度系数，由弹簧本身的性质决定。
- x：弹簧的形变量（伸长量或压缩量）。
- 3.3.3 弹力的方向
- 与形变方向相反。
- 绳的拉力：沿绳的方向指向绳收缩的方向。
- 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，指向受压的物体。
3.4 摩擦力
- 3.4.1 摩擦力的产生
- 两个相互接触的物体，当它们发生相对运动或有相对运动趋势时，就会产生摩擦力。
- 3.4.2 摩擦力的分类
- 静摩擦力：物体有相对运动趋势，但没有发生相对运动时产生的摩擦力。
- 滑动摩擦力：物体发生相对滑动时产生的摩擦力。
- 3.4.3 摩擦力的大小
- 静摩擦力：0 < f 静摩擦力 ≤ fmax ，由物体的运动状态及其他力共同决定。
- 滑动摩擦力：f = μN
- μ：动摩擦因数，由接触面材料和粗糙程度决定。
- N：正压力，等于物体对支持面的压力。
- 3.4.4 摩擦力的方向
- 静摩擦力：与相对运动趋势方向相反。
- 滑动摩擦力：与相对运动方向相反。
3.5 力的合成与分解
- 3.5.1 力的合成
- 求几个力的合力的过程。
- 平行四边形定则：以表示分力的线段为邻边作平行四边形，合力的大小和方向就用这两个邻边之间的对角线表示。
- 三角形定则：将一个力的箭头指向另一个力的尾部，合力是从第一个力的尾部指向第二个力的箭头的矢量。
- 3.5.2 力的分解
- 求一个力的分力的过程。
- 原则：按照力的实际作用效果进行分解。
- 方法：
- 正交分解法：将力分解到相互垂直的两个方向上。
- 平行四边形法则 (逆过程)。
四、牛顿运动定律
4.1 牛顿第一定律
- 4.1.1 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。
- 4.1.2 惯性
- 物体具有保持原来运动状态不变的性质。
- 惯性是物体本身固有的属性，与物体是否受力，运动状态无关，只与质量有关。
- 4.1.3 牛顿第一定律是惯性定律
- 揭示了力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
- 4.2.1 实验原理
- 控制变量法：分别探究加速度与力、质量的关系。
- 牛顿第二定律：F = ma
- 4.2.2 实验器材
- 小车、长木板、电源、打点计时器、细绳、钩码、刻度尺、纸带。
- 4.2.3 实验步骤
- 平衡摩擦力。
- 控制质量不变，改变拉力，测量加速度。
- 控制拉力不变，改变质量，测量加速度。
- 4.2.4 数据分析
- 作出a-F图像和a-1/m图像。
- 分析图像，得出结论。
4.3 牛顿第二定律
- 4.3.1 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。
- 4.3.2 公式
- F合 = ma
- 4.3.3 理解
- 矢量性：F合、a均为矢量，方向相同。
- 瞬时性：a与F合同时产生，同时变化，同时消失。
- 独立性：作用在物体上的每一个力都产生一个加速度，物体的实际加速度是各个力产生的加速度的矢量和。
- 同体性：公式中的F合、m、a是针对同一物体而言的。
4.4 牛顿第三定律
- 4.4.1 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。
- 4.4.2 理解
- 等大：作用力与反作用力大小相等。
- 反向：作用力与反作用力方向相反。
- 共线：作用力与反作用力作用在同一条直线上。
- 异体：作用力与反作用力作用在两个物体上。
- 同时性：作用力与反作用力同时产生，同时变化，同时消失。
- 性质相同：作用力与反作用力性质相同。
4.5 用牛顿运动定律解决问题
- 4.5.1 解题思路
- 明确研究对象。
- 受力分析，确定物体所受的合外力。
- 根据牛顿第二定律列方程。
- 解方程，求出所求物理量。
- 必要时进行讨论。
- 4.5.2 两类基本问题
- 已知受力情况求运动情况。
- 已知运动情况求受力情况。
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