高中物理定理、定律、公式表(力學熱學)

2008-12-08 09:07:05 　來源：新浪博客

    一、質點的運動（1）------直線運動
    1）勻變速直線運動
    1.平均速度V平＝s/t（定義式）       2.有用推論Vt2-Vo2＝2as
    3.中間時刻速度Vt/2＝V平＝(Vt+Vo)/2     4.末速度Vt＝Vo+at
    5.中間位置速度Vs/2＝[(Vo2+Vt2)/2]1/2     6.位移s＝V平t＝Vot+at2/2＝Vt/2t
    7.加速度a＝(Vt-Vo)/t ｛以Vo為正方向，a與Vo同向(加速)a>0；反向則a<0｝
    8.實驗用推論Δs＝aT2   ｛Δs為連續(xù)相鄰相等時間(T)內位移之差｝
    9.主要物理量及單位:初速度(Vo):m/s；加速度(a):m/s2；末速度(Vt):m/s；時間(t)秒(s)；位移(s):米（m）；路程:米；速度單位換算：1m/s=3.6km/h。
    注：
    (1)平均速度是矢量;
    (2)物體速度大,加速度不一定大;
    (3)a=(Vt-Vo)/t只是量度式，不是決定式;
    (4)其它相關內容：質點、位移和路程、參考系、時間與時刻〔見先進冊P19〕/s--t圖、v--t圖/速度與速率、瞬時速度〔見先進冊P24〕。
    2)自由落體運動
    1.初速度Vo＝0                   2.末速度Vt＝gt
    3.下落高度h＝gt2/2（從Vo位置向下） 4.推論Vt2＝2gh
    注:
    (1)自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動，遵循勻變速直線運動規(guī)律；
    (2)a＝g＝9.8m/s2≈10m/s2（重力加速度在赤道附近較小,在高山處比平地小，方向豎直向下）。
   （3)豎直上拋運動
    1.位移s＝Vot-gt2/2         2.末速度Vt＝Vo-gt     （g=9.8m/s2≈10m/s2）
    3.有用推論Vt2-Vo2＝-2gs       4.上升較大高度Hm＝Vo2/2g(拋出點算起）
    5.往返時間t＝2Vo/g   （從拋出落回原位置的時間）
    注:
    (1)全過程處理:是勻減速直線運動，以向上為正方向，加速度取負值；
    (2)分段處理：向上為勻減速直線運動，向下為自由落體運動，具有對稱性；
    (3)上升與下落過程具有對稱性,如在同點速度等值反向等。
    二、質點的運動（2）----曲線運動、萬有引力
    1)平拋運動
    1.水平方向速度：Vx＝Vo     2.豎直方向速度：Vy＝gt
    3.水平方向位移：x＝Vot     4.豎直方向位移：y＝gt2/2
    5.運動時間t＝(2y/g）1/2(通常又表示為(2h/g)1/2)
    6.合速度Vt＝(Vx2+Vy2)1/2＝[Vo2+(gt)2]1/2
    合速度方向與水平夾角β:tgβ＝Vy/Vx＝gt/V0
    7.合位移：s＝(x2+y2)1/2,
    位移方向與水平夾角α:tgα＝y/x＝gt/2Vo
    8.水平方向加速度：ax=0；豎直方向加速度：ay＝g
    注：
    (1)平拋運動是勻變速曲線運動，加速度為g，通常可看作是水平方向的勻速直線運與豎直方向的自由落體運動的合成；
    (2)運動時間由下落高度h(y)決定與水平拋出速度無關；
   （3）θ與β的關系為tgβ＝2tgα；
   （4）在平拋運動中時間t是解題關鍵；(5)做曲線運動的物體必有加速度，當速度方向與所受合力(加速度)方向不在同一直線上時，物體做    曲線運動。
    2）勻速圓周運動
    1.線速度V＝s/t＝2πr/T         2.角速度ω＝Φ/t＝2π/T＝2πf
    3.向心加速度a＝V2/r＝ω2r＝(2π/T)2r   4.向心力F心＝mV2/r＝mω2r＝mr(2π/T)2＝mωv=F合
    5.周期與頻率：T＝1/f     6.角速度與線速度的關系：V＝ωr
    7.角速度與轉速的關系ω＝2πn(此處頻率與轉速意義相同)
    8.主要物理量及單位：弧長(s):米(m)；角度(Φ)：弧度（rad）；頻率（f）：赫（Hz）；周期（T）：秒（s）；轉速（n）：r/s；半徑    (r):米（m）；線速度（V）：m/s；角速度（ω）：rad/s；向心加速度：m/s2。
    注：
   （1）向心力可以由某個具體力提供，也可以由合力提供，還可以由分力提供，方向始終與速度方向垂直，指向圓心；
   （2）做勻速圓周運動的物體，其向心力等于合力，并且向心力只改變速度的方向，不改變速度的大小，因此物體的動能保持不變，向心力不做功，但動量不斷改變。
    3)萬有引力
    1.開普勒第三定律：T2/R3＝K(＝4π2/GM)｛R:軌道半徑，T:周期，K:常量(與行星質量無關，取決于中心天體的質量)｝
    2.萬有引力定律：F＝Gm1m2/r2 （G＝6.67×10-11N?m2/kg2，方向在它們的連線上）
    3.天體上的重力和重力加速度：GMm/R2＝mg；g＝GM/R2 ｛R:天體半徑(m)，M：天體質量（kg）｝
    4.衛(wèi)星繞行速度、角速度、周期：V＝(GM/r)1/2；ω＝(GM/r3)1/2；T＝2π(r3/GM)1/2｛M：中心天體質量｝
    5.先進(二、三)宇宙速度V1＝(g地r地)1/2＝(GM/r地)1/2＝7.9km/s；V2＝11.2km/s；V3＝16.7km/s
    6.地球同步衛(wèi)星GMm/(r地+h)2＝m4π2(r地+h)/T2｛h≈36000km，h:距地球表面的高度，r地:地球的半徑｝
    注:
    (1)天體運動所需的向心力由萬有引力提供,F向＝F萬；
    (2)應用萬有引力定律可估算天體的質量密度等；
    (3)地球同步衛(wèi)星只能運行于赤道上空，運行周期和地球自轉周期相同；
    (4)衛(wèi)星軌道半徑變小時,勢能變小、動能變大、速度變大、周期變小（一同三反）；
    (5)地球衛(wèi)星的較大環(huán)繞速度和較小發(fā)射速度均為7.9km/s。
    三、力（常見的力、力的合成與分解）
    1）常見的力
    1.重力G＝mg   （方向豎直向下，g＝9.8m/s2≈10m/s2，作用點在重心，適用于地球表面附近）
    2.胡克定律F＝kx ｛方向沿恢復形變方向，k：勁度系數(N/m)，x：形變量(m)｝
    3.滑動摩擦力F＝μFN ｛與物體相對運動方向相反，μ：摩擦因數，FN：正壓力(N)｝
    4.靜摩擦力0≤f靜≤fm （與物體相對運動趨勢方向相反，fm為較大靜摩擦力）
    5.萬有引力F＝Gm1m2/r2   （G＝6.67×10-11N?m2/kg2,方向在它們的連線上）
    6.靜電力F＝k***2/r2     （k＝9.0×109N?m2/C2,方向在它們的連線上）
    7.電場力F＝Eq   （E：場強N/C，q：電量C，正電荷受的電場力與場強方向相同）
    8.安培力F＝BILsinθ   （θ為B與L的夾角，當L⊥B時:F＝BIL，B//L時:F＝0）
    9.洛侖茲力f＝qVBsinθ   （θ為B與V的夾角，當V⊥B時：f＝qVB，V//B時:f＝0）
    注:
    (1)勁度系數k由彈簧自身決定;
    (2)摩擦因數μ與壓力大小及接觸面積大小無關，由接觸面材料特性與表面狀況等決定;
    (3)fm略大于μFN，一般視為fm≈μFN;
    (4)其它相關內容：靜摩擦力（大小、方向）〔見先進冊P8〕；
    (5)物理量符號及單位B：磁感強度(T)，L：有效長度(m)，I:電流強度(A)，V：帶電粒子速度(m/s),q:帶電粒子（帶電體）電量(C);
    (6)安培力與洛侖茲力方向均用左手定則判定。
    2）力的合成與分解
    1.同一直線上力的合成同向:F＝F1+F2，   反向：F＝F1-F2   (F1>F2)
    2.互成角度力的合成：
    F＝(F12+F22+2F1F2cosα)1/2（余弦定理） F1⊥F2時:F＝(F12+F22)1/2
    3.合力大小范圍：|F1-F2|≤F≤|F1+F2|
    4.力的正交分解：Fx＝Fcosβ，Fy＝Fsinβ（β為合力與x軸之間的夾角tgβ＝Fy/Fx）
    注：
    (1)力(矢量)的合成與分解遵循平行四邊形定則;
   （2）合力與分力的關系是等效替代關系,可用合力替代分力的共同作用,反之也成立;
    (3)除公式法外，也可用作圖法求解,此時要選擇標度,嚴格作圖;
    (4)F1與F2的值一定時,F1與F2的夾角(α角)越大，合力越小;
   （5）同一直線上力的合成，可沿直線取正方向，用正負號表示力的方向，化簡為代數運算。
    四、動力學（運動和力）
    1.牛頓先進運動定律(慣性定律）：物體具有慣性，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止
    2.牛頓第二運動定律：F合＝ma或a＝F合/ma{由合外力決定,與合外力方向一致}
    3.牛頓第三運動定律：F＝-F′{負號表示方向相反,F、F′各自作用在對方，平衡力與作用力反作用力區(qū)別，實際應用：反沖運動}
    4.共點力的平衡F合＝0，推廣 ｛正交分解法、三力匯交原理｝
    5.超重：FN>G，失重：FN<G   {加速度方向向下，均失重，加速度方向向上，均超重}
    6.牛頓運動定律的適用條件：適用于解決低速運動問題，適用于宏觀物體，不適用于處理高速問題，不適用于微觀粒子〔見先進冊P67〕
    注:平衡狀態(tài)是指物體處于靜止或勻速直線狀態(tài),或者是勻速轉動。
    五、振動和波（機械振動與機械振動的傳播）
    1.簡諧振動F＝-kx   {F:回復力，k:比例系數，x:位移，負號表示F的方向與x始終反向}
    2.單擺周期T＝2π(l/g)1/2   ｛l:擺長(m)，g:當地重力加速度值，成立條件:擺角θ<100;l>>r｝
    3.受迫振動頻率特點：f＝f驅動力
    4.發(fā)生共振條件:f驅動力＝f固，A＝max，共振的防止和應用〔見先進冊P175〕
    5.機械波、橫波、縱波〔見第二冊P2〕
    6.波速v＝s/t＝λf＝λ/T{波傳播過程中，一個周期向前傳播一個波長；波速大小由介質本身所決定}
    7.聲波的波速(在空氣中）0℃：332m/s；20℃:344m/s；30℃:349m/s；(聲波是縱波)
    8.波發(fā)生明顯衍射（波繞過障礙物或孔繼續(xù)傳播）條件：障礙物或孔的尺寸比波長小，或者相差不大
    9.波的干涉條件：兩列波頻率相同(相差恒定、振幅相近、振動方向相同)
   10.多普勒效應:由于波源與觀測者間的相互運動，導致波源發(fā)射頻率與接收頻率不同｛相互接近，接收頻率增大，反之，減小〔見第二冊P21〕｝
   注：
  （1）物體的固有頻率與振幅、驅動力頻率無關，取決于振動系統本身；
  （2）加強區(qū)是波峰與波峰或波谷與波谷相遇處，減弱區(qū)則是波峰與波谷相遇處；
  （3）波只是傳播了振動，介質本身不隨波發(fā)生遷移,是傳遞能量的一種方式；
  （4）干涉與衍射是波特有的；
   (5)振動圖象與波動圖象；
   (6)其它相關內容：超聲波及其應用〔見第二冊P22〕/振動中的能量轉化〔見先進冊P173〕。
   六、沖量與動量(物體的受力與動量的變化）
    1.動量：p＝mv ｛p:動量(kg/s)，m:質量(kg)，v:速度(m/s)，方向與速度方向相同｝
    3.沖量：I＝Ft ｛I:沖量(N?s)，F:恒力(N)，t:力的作用時間(s)，方向由F決定｝
    4.動量定理：I＝Δp或Ft＝mvt–mvo {Δp:動量變化Δp＝mvt–mvo，是矢量式}
    5.動量守恒定律：p前總＝p后總或p＝p’′也可以是m1v1+m2v2＝m1v1′+m2v2′
    6.彈性碰撞：Δp＝0；ΔEk＝0   {即系統的動量和動能均守恒}
    7.非彈性碰撞Δp＝0；0<ΔEK<ΔEKm   {ΔEK：損失的動能，EKm：損失的較大動能}
    8.完全非彈性碰撞Δp＝0；ΔEK＝ΔEKm   {碰后連在一起成一整體}
    9.物體m1以v1初速度與靜止的物體m2發(fā)生彈性正碰:
v1′＝(m1-m2)v1/(m1+m2)           v2′＝2m1v1/(m1+m2)
   10.由9得的推論-----等質量彈性正碰時二者交換速度(動能守恒、動量守恒)
   11.子彈m水平速度vo射入靜止置于水平光滑地面的長木塊M，并嵌入其中一起運動時的機械能損失
E損=mvo2/2-(M+m)vt2/2＝fs相對   {vt:共同速度，f:阻力，s相對子彈相對長木塊的位移}
   注：
   (1)正碰又叫對心碰撞，速度方向在它們“中心”的連線上;
   (2)以上表達式除動能外均為矢量運算,在一維情況下可取正方向化為代數運算;
  （3）系統動量守恒的條件:合外力為零或系統不受外力，則系統動量守恒（碰撞問題、爆炸問題、反沖問題等）;
   (4)碰撞過程(時間極短，發(fā)生碰撞的物體構成的系統)視為動量守恒,原子核衰變時動量守恒;
   (5)爆炸過程視為動量守恒，這時化學能轉化為動能，動能增加；(6)其它相關內容：反沖運動、火箭、航天技術的發(fā)展和宇宙航行〔見先進冊P128〕。
   七、功和能（功是能量轉化的量度）
    1.功：W＝Fscosα（定義式）｛W:功(J)，F:恒力(N)，s:位移(m)，α:F、s間的夾角｝
    2.重力做功：Wab＝mghab   {m:物體的質量，g＝9.8m/s2≈10m/s2，hab：a與b高度差(hab＝ha-hb)}
    3.電場力做功：Wab＝qUab   ｛q:電量（C），Uab:a與b之間電勢差(V)即Uab＝φa－φb｝
    4.電功：W＝UIt（普適式） ｛U：電壓（V），I:電流(A)，t:通電時間(s)｝
    5.功率：P＝W/t(定義式) ｛P:功率[瓦(W)]，W:t時間內所做的功(J)，t:做功所用時間(s)｝
    6.汽車牽引力的功率：P＝Fv；P平＝Fv平     {P:瞬時功率，P平:平均功率}
    7.汽車以恒定功率啟動、以恒定加速度啟動、汽車較大行駛速度(vmax＝P額/f)
    8.電功率：P＝UI(普適式)   ｛U：電路電壓(V)，I：電路電流(A)｝
    9.焦耳定律：Q＝I2Rt ｛Q:電熱(J)，I:電流強度(A)，R:電阻值(Ω)，t:通電時間(s)｝
    10.純電阻電路中I＝U/R；P＝UI＝U2/R＝I2R；Q＝W＝UIt＝U2t/R＝I2Rt
    11.動能：Ek＝mv2/2   ｛Ek:動能(J)，m：物體質量(kg)，v:物體瞬時速度(m/s)｝
    12.重力勢能：EP＝mgh ｛EP :重力勢能(J)，g:重力加速度，h:豎直高度(m)(從零勢能面起)｝
    13.電勢能：EA＝qφA   ｛EA:帶電體在A點的電勢能(J)，q:電量(C)，φA:A點的電勢(V)(從零勢能面起)｝
    14.動能定理(對物體做正功,物體的動能增加)：
W合＝mvt2/2-mvo2/2或W合＝ΔEK
｛W合:外力對物體做的總功，ΔEK:動能變化ΔEK＝(mvt2/2-mvo2/2)｝
    15.機械能守恒定律：ΔE＝0或EK1+EP1＝EK2+EP2也可以是mv12/2+mgh1＝mv22/2+mgh2
    16.重力做功與重力勢能的變化(重力做功等于物體重力勢能增量的負值)WG＝-ΔEP
    注:
    (1)功率大小表示做功快慢,做功多少表示能量轉化多少；
   （2）O0≤α<90O 做正功；90O<α≤180O做負功；α＝90o不做功(力的方向與位移（速度）方向垂直時該力不做功)；
   （3）重力（彈力、電場力、分子力）做正功，則重力（彈性、電、分子）勢能減少
   （4）重力做功和電場力做功均與路徑無關（見2、3兩式）；（5）機械能守恒成立條件：除重力（彈力）外其它力不做功，只是動能和勢能之間的轉化；(6)能的其它單位換算:1kWh(度)＝3.6×106J，1eV＝1.60×10-19J；*（7）彈簧彈性勢能E＝kx2/2，與勁度系數和形變量有關。
八、分子動理論、能量守恒定律
    1.阿伏加德羅常數NA＝6.02×1023/mol；分子直徑數量級10-10米
    2.油膜法測分子直徑d＝V/s   ｛V:單分子油膜的體積(m3)，S:油膜表面積(m)2｝
    3.分子動理論內容：物質是由大量分子組成的；大量分子做無規(guī)則的熱運動；分子間存在相互作用力。
    4.分子間的引力和斥力(1)r<r0，f引f斥，F分子力表現為引力
(4)r>10r0，f引＝f斥≈0，F分子力≈0，E分子勢能≈0
    5.熱力學先進定律W+Q＝ΔU｛(做功和熱傳遞，這兩種改變物體內能的方式，在效果上是等效的)，
W:外界對物體做的正功(J)，Q:物體吸收的熱量(J)，ΔU:增加的內能(J)，涉及到先進類永動機不可造出〔見第二冊P40〕｝
    6.熱力學第二定律
克氏表述：不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其它變化（熱傳導的方向性）；
開氏表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其它變化（機械能與內能轉化的方向性）｛涉及到第二類永動機不可造出〔見第二冊P44〕｝
    7.熱力學第三定律：熱力學零度不可達到｛宇宙溫度下限：－273.15攝氏度（熱力學零度）｝
    注:
    (1)布朗粒子不是分子,布朗顆粒越小，布朗運動越明顯,溫度越高越劇烈；
    (2)溫度是分子平均動能的標志；
    3)分子間的引力和斥力同時存在,隨分子間距離的增大而減小,但斥力減小得比引力快；
    (4)分子力做正功，分子勢能減小,在r0處F引＝F斥且分子勢能較��；
    (5)氣體膨脹,外界對氣體做負功W<0；溫度升高，內能增大ΔU>0；吸收熱量，Q>0
    (6)物體的內能是指物體所有的分子動能和分子勢能的總和，對于理想氣體分子間作用力為零，分子勢能為零；
    (7)r0為分子處于平衡狀態(tài)時，分子間的距離；
    (8)其它相關內容：能的轉化和定恒定律〔見第二冊P41〕/能源的開發(fā)與利用、環(huán)�！惨姷诙�冊P47〕/物體的內能、分子的動能、分子勢能〔見第二冊P47〕。
    九、氣體的性質
     1.氣體的狀態(tài)參量：
    溫度：宏觀上，物體的冷熱程度；微觀上，物體內部分子無規(guī)則運動的劇烈程度的標志，
    熱力學溫度與攝氏溫度關系：T＝t+273 ｛T:熱力學溫度(K)，t:攝氏溫度(℃)｝
    體積V：氣體分子所能占據的空間，單位換算：1m3＝103L＝106mL
    壓強p：單位面積上，大量氣體分子頻繁撞擊器壁而產生持續(xù)、均勻的壓力，標準大氣壓：1atm＝1.013×105Pa＝76cmHg(1Pa＝1N/m2)
    2.氣體分子運動的特點：分子間空隙大；除了碰撞的瞬間外，相互作用力微弱；分子運動速率很大
    3.理想氣體的狀態(tài)方程：p1V1/T1＝p2V2/T2   ｛PV/T＝恒量，T為熱力學溫度(K)｝
    注:
    (1)理想氣體的內能與理想氣體的體積無關,與溫度和物質的量有關；
    (2)公式3成立條件均為一定質量的理想氣體，使用公式時要注意溫度的單位，t為攝氏溫度(℃)，而T為熱力學溫度(K)。