高中物理学业水平考试要点解读(文科)
第一章 运动的描述
第二章 匀变速直线运动的描述
要点解读
一、质点
1.定义:用来代替物体而具有质量的点。
2.实际物体看作质点的条件: 当物体的大小和形状相对于所要研 究的问题可以忽略不计时,物体可看作质点。
二、描述质点运动的物理量
1.时间:时间在时间轴上对应为一线段, 时刻在时间轴上对应于 一点。与时间对应的物理量为过程量, 与时刻对应的物理量为状态量。
2.位移:用来描述物体位置变化的物理量,是矢量,用由初位置 指向末位置的有向线段表示。 路程是标量, 它是物体实际运动轨迹的 长度。只有当物体作单方向直线运动时, 物体位移的大小才与路程相 等。
3.速度:用来描述物体位置变化快慢的物理量,是矢量。
(1)平均速度: 运动物体的位移与时间的比值, 方向和位移的方 向相同。
(2)瞬时速度: 运动物体在某时刻或位置的速度。 瞬时速度的大 小叫做速率。
(3)速度的测量(实验)
x 。当所取的时间间隔越短,物体的平均速度
t ①原理: v 越接
v
近某点的瞬时速度 v 。然而时间间隔取得过小,造成两点距离过小则 测量误差增大,所以应根据实际情况选取两个测量点。
②仪器:电磁式打点计时器(使用 4∽6V 低压交流电,纸带受到 的阻力较大)或者电火花计时器(使用 220V 交流电,纸带受到的
阻
力较小)。若使用 50Hz 的交流电,打点的时间间隔为 0.02s 。还可以 利用光电门或闪光照相来测量。
4.加速度
(1)意义:用来描述物体速度变化快慢的物理量,是矢量。
v ,其方向与
t (2)定义: Δv 的方向相同或与物体受到的合
a 力方向相同。
(3)当 a 与 v 0 同向时,物体做加速直线运动;当 a 与 v 0 反向时, 物体做减速直线运动。加速度与速度没有必然的联系。
三、匀变速直线运动的规律
1.匀变速直线运动
(1)定义:在任意相等的时间内速度的变化量相等的直线运动。
(2)特点:轨迹是直线,加速度 a 恒定。当 a 与 v 0 方向相同时, 物体做匀加速直线运动;反之,物体做匀减速直线运动。
2.匀变速直线运动的规律
(1)基本规律
①速度时间关系: v v 0 at
1 at
2
2 ②位移时间关系: x v t 0 (2)重要推论
①速度位移关系: v 2 2
v 2ax
0 v v 0
2 ②平均速度: v v t
2
③做匀变速直线运动的物体在连续相等的时间间隔的位移之差: Δx=x n+1 -x n =aT 2。
3.自由落体运动
(1)定义:物体只在重力的作用下从静止开始的运动。
(2)性质: 自由落体运动是初速度为零, 加速度为 g 的匀加速直 线运动。
(3)规律: 与初速度为零、 加速度为 g 的匀加速直线运动的规律 相同。
第三章 相互作用
要点解读
一、力的性质
1.物质性:一个力的产生仅仅涉及两个物体,我们把其中一个 物体叫受力物体,另一个物体则为施力物体。
2.相互性:力的作用是相互的。受力物体受到施力物体给它的 力,则施力物体也一定受到受力物体给它的力。
3.效果性: 力是使物体产生形变的原因; 力是物体运动状态 (速 度)发生变化的原因,即力是产生加速度的原因。
4.矢量性:力是矢量,有大小和方向,力的三要素为大小、方 向和作用点。
5.力的表示法
(1)力的图示:用一条有向线段精确表示力,线段应按一定的
标度画出。
(2)力的示意图:用一条有向线段粗略表示力,表示物体在这
个方向受到了某个力的作用。
二、三种常见的力
1.重力
(1)产生条件:由于地球对物体的吸引而产生。
(2)三要素
①大小:G=mg。
②方向:竖直向下,即垂直水平面向下。
③作用点:重心。形状规则且质量分布均匀的物体的重心在其几何中心。物体的重心不一定在物体上。
2.弹力
(1)产生条件:物体相互接触且发生弹性形变。
(2)三要素
①大小:弹簧的弹力大小满足胡克定律F=kx。其它的弹力常常要结合物体的运动情况来计算。
②方向:弹簧和轻绳的弹力沿弹簧和轻绳的方向。支持力垂直接触面指向被支持的物体。压力垂直接触面指向被压的物体。
③作用点:支持力作用在被支持物上,压力作用在被压物上。
3.摩擦力
(1)产生条件:有粗糙的接触面、有相互作用的弹力和有相对
运动或相对运动趋势。
(2)三要素
①方向:滑动摩擦力方向与相对运动方向相反;静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。
②大小:
A.滑动摩擦力的大小F f=μF N。其中μ为动摩擦因数。F N 为滑动摩擦力的施力物体与受力物体之间的正压力,不一定等于物体的重力。
B.静摩擦力的大小要根据受力物体的运动情况确定。静摩擦力
的大小范围为0 ③作用点:在接触面或接触物上。 三、力的运算 合力与分力是等效替代关系,力的运算遵循平行四边形定则,分力为平行四边形的两邻边,合力为两邻边之间的对角线。平行四边形定则(或三角形定则)是矢量运算法则。 1.力的合成:已知分力求合力叫做力的合成。 实验探究:探究力的合成的平行四边形定则 (1)实验原理:合力与分力的实际作用效果相同。实验中使橡 皮条伸长相同的长度。 (2)减小实验误差的主要措施: ①保证两次作用下橡皮条的形变情况相同(细绳与橡皮条的结点到达同一点)。 ②利用两点确定一条直线的办法记下力的方向,所以两点的距离要适当远些,细绳应长一些。 ③将力的方向记在白纸上,所以细绳应与纸面平行。 ④实验采用力的图示法表示和计算合力,应选定合适的标度。 2.力的分解:已知合力求分力叫做力的分解。力要按照力的实 际作用效果来分解。 3.力的正交分解:它不需要按力的实际作用效果来分解,建立 直角坐标系的原则是方便简单,让尽可能多的力在坐标轴上,被分解的力越少越好。 学法指导 一、弹力的求解 1.判断弹力的有无 形变不明显时我们一般采用假设法、消除法或结合物体的运动情况判断弹力的有无。 2.计算弹力的大小 对弹簧发生弹性形变时,我们利用胡克定律求解;对非弹簧物体的弹力常常要结合物体的运动情况,利用动力学规律(如平衡条件和牛顿第二定律)求解。 二、静摩擦力的求解 1.判断静摩擦力的有无 静摩擦力方向与受力物体相对施力物体的运动趋势方向相反。对 相对运动趋势不明显的情形,我们可以依据不同情况,利用下面两种办法进行判断。 (1)假设法。假设接触面光滑,看物体是否有相对运动。有则 相对运动趋势与相对运动方向相同;无则没有相对运动趋势。 (2)效果法。根据物体的运动情况,主要看物体的加速度,利 用动力学规律(如牛顿第二定律和力的平衡条件)判定。 2.计算静摩擦力的大小 静摩擦力的大小要根据受力物体的运动情况(主要是看加速度) ), 利用动力学规律(如牛顿第二定律和力的平衡条件)来计算。最大静摩擦力的大小近似等于滑动摩擦力的大小。 三、分析物体的受力情况 对物体进行正确的受力分析,是解决力学问题的基础和关键。 1.受力分析的一般步骤: (1)选取合适的研究对象,把对象从周围物体中隔离出来。 (2)按一定的顺序对对象进行受力分析:首先分析非接触力(重力、电场力和磁场力);接着分析弹力;然后分析摩擦力;再根据题 意分析对象受到的其它力。 (3)最后画出对象的受力示意图。高中阶段,一般只研究物体 的平动规律,我们可把研究对象看作质点,画受力示意图时,可把所有外力的作用点画在同一点上(共点力)。 2.受力分析的注意事项: (1)防止多分析不存在的力。每分析一个力都应找得出施力物 体。 (2)防止漏掉某些力。要养成按照“场力(重力、电场力和磁场力)→弹力→摩擦力→其他力”的顺序分析物体受力情况的习惯。 (3)只画物体受到的力,不要画研究对象对其他物体施加的力。(4)分析弹力和摩擦力时,应抓住它们必须接触的特点进行分析。 绕对象一周,找出接触点(面),再根据它们的产生条件,分析研究对象受到的弹力和摩擦力 第四章牛顿运动定律 一、牛顿第一定律与惯性 1.牛顿第一定律的含义:一切物体都具有惯性,惯性是物体的 固有属性;力是改变物体运动状态的原因;物体运动不需要力来维持。 2.惯性:物体具有保持原来匀速直线运动状态或静止状态的性质,叫做惯性。质量是物体惯性大小的量度。 二、牛顿第二定律 1.牛顿第二定律揭示了物体的加速度与物体的合力和质量之间 的定量关系。力是产生加速度的原因,加速度的方向与合力的方向相同,加速度随合力同时变化。 2.控制变量法“探究加速度与力、质量的关系”实验的关键点 (1)平衡摩擦力时不要挂重物,平衡摩擦力以后,不需要重新 平衡摩擦力。 (2)当小车和砝码的质量远大于沙桶和砝码盘和砝码的总质量时,沙桶和砝码盘和砝码的总重力才可视为与小车受到的拉力相等, 即为小车的合力。 (3)保持砝码盘和砝码的总重力一定,改变小车的质量(增减 砝码),探究小车的加速度与小车质量之间的关系;保持小车的质量 一定,改变沙桶和砝码盘和砝码的总重力,探究小车的加速度与小车合力之间的关系。 (4)利用图象法处理实验数据,通过描点连线画出a—F和 a 1 —图线,最后通过图线作出结论。 m 3.超重和失重 无论物体处在失重或超重状态,物体的重力始终存在,且没有变化。与物体处于平衡状态相比,发生变化的是物体对支持物的压力或 对悬挂物的拉力。 (1)超重:当物体在竖直方向有向上的加速度时,物体对支持 物的压力或对悬挂物的拉力大于重力。 (2)失重:当物体在竖直方向有向下的加速度时,物体对支持 物的压力或对悬挂物的拉力小于重力。当物体正好以大小等于g 的加速度竖直下落时,物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力为0,这种状态叫完全失重状态。 4.共点力作用下物体的平衡 共点力作用下物体的平衡状态是指物体处于匀速直线运动状态或 静止状态。处于共点力平衡状态的物体受到的合力为零。 三、牛顿第三定律 牛顿第三定律揭示了物体间的一对相互作用力的关系:总是大小相等,方向相反,分别作用两个相互作用的物体上,性质相同。而一 对平衡力作用在同一物体上,力的性质不一定相同。 第五章 曲线运动 要点解读 一、曲线运动及其研究 1.曲线运动 (1)性质: 是一种变速运动。 作曲线运动质点的加速度和所受合 力不为零。 (2)条件:当质点所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线 上时,质点做曲线运动。 (3)力线、速度线与运动轨迹间的关系:质点的运动 v F 轨迹被力线和速度线所夹, 且力线在轨迹凹侧, 如图所示。 A 2.运动的合成与分解 (1)法则:平行四边形定则或三角形定则。 (2)合运动与分运动的关系: 一是合运动与分运动具有等效性和 等时性;二是各分运动具有独立性。 ( 3)矢量的合成与分解:运动的合成与 、 v 0 分解就是要对相关矢量(力、加速度、速度、 C A O x 位移)进行合成与分解,使合矢量与分矢量 S 相互转化。 B v x 二、平抛运动规律 y v 1.平抛运动的轨迹是抛物线,轨迹方程 v y g 2v 0 为 y x 2 2 2.几个物理量的变化规律 ( 1)加速度 ①分加速度:水平方向的加速度为零,竖直方向的加速度为 g 。 g 。因此,平抛运 ②合加速度:合加速度方向竖直向下,大小为 动是匀变速曲线运动。 ( 2)速度 ①分速度:水平方向为匀速直线运动,水平分速度为 v 0 ;竖 v x 直方向为匀加速直线运动,竖直分速度为 gt 。 v y 2 2 2 ②合速度:合速度 , 为(合) (gt ) 2 。 gt v 0 v v v tan x y 0 速度方向与水平方向的夹角。 ( 3)位移 1 2 ①分位移:水平方向的位移 v 0t ,竖直方向的位移 gt 。 x y 2 ② 合 位 移 : 物 体 的 合 位 移 1 4 1 4 2 2 2 2 2 2 4 2 2 g t , s x y v 0 t g t t v 0 1 2 2 gt tan 2 gt 2v 0 , 为物体的(合)位移与水平方向的夹角。 tan v 0t 3. 《研究平抛运动》实验 (1)实验器材:斜槽、白纸、图钉、木板、有孔的卡片、铅笔、 小球、刻度尺和重锤线。 (2)主要步骤:安装调整斜槽;调整木板;确定坐标原点;描绘 运动轨迹;计算初速度。 (3)注意事项 ①实验中必须保证通过斜槽末端点的切线水平;方木板必须处在 竖直面内且与小球运动轨迹所在竖直平面平行,并使小球的运动靠近木板但不接触。 ②小球必须每次从斜槽上同一位置无初速度滚下,即应在斜槽上 固定一个挡板。 ③坐标原点(小球做平抛运动的起点)不是槽口的端点,而是小 球在槽口时球的球心在木板上的水平投影点,应在实验前作出。 ④要在斜槽上适当的高度释放小球,使它以适当的水平初速度抛出,其轨道由木板左上角到达右下角,这样可以减少测量误差。 ⑤要在轨迹上选取距坐标原点远些的点来计算球的初速度,这样 可使结果更精确些。 三、圆周运动的描述 1.运动学描述 (1)描述圆周运动的物理量 l ①线速度(v ):v,国际单位为m/s。质点在圆周某点的线 t 速度方向沿圆周上该点的切线方向。 ②角速度():,国际单位为r ad/s。 t ③转速(n):做匀速圆周运动的物体单位时间所转过的圈数, 单位为r/s(或r/min )。 ④周期(T):做匀速圆周运动的物体运动一周所用的时间,国 际单位为s。 ⑤向心加速度(a ) :任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指 n 向圆心即与速度方向垂直, 这个加速度叫做向心加速度, 国际单位为 m/s 2。 匀速圆周运动是线速度大小、角速度、转速、周期、向心加速 度大小不变的圆周运动。 ( 2)物理量间的相互关系 ①线速度和角速度的关系: v r 2 r T 2 T ②线速度与周期的关系: v ③角速度与周期的关系: 1 T ④转速与周期的关系: n 2 2 v 4 T r ⑤向心加速度与其它量的关系: 2 2 2 a n r 4 n r 2 r 2.动力学描述 ( 1)向心力:做匀速圆周运动的物体所受的合力一定指向圆心 即与速度方向垂直, 这个合力叫做向心力。 向心力的效果是改变物体 运动的速度方向、 产生向心加速度。 向心力是一种效果力, 可以是某 一性质力充当, 也可以是某些性质力的合力充当, 还可以是某一性质 力的分力充当。 ( 2)向心力的表达式:由牛顿第二定律得向心力表达式为 2 v 2 r 。在速度一定的条件下,物体受到的向心力与半 F n ma n m m r 径成反比;在角速度一定的条件下, 物体受到的向心力与半径成正比。 第六章 万有引力与航天 要点解读 一、天体的运动规律 从运动学的角度来看, 开普勒行星运动定律提示了天体的运动规 律,回答了天体做什么样的运动。 1.开普勒第一定律说明了不同行星的运动轨迹都是椭圆,太阳 在不同行星椭圆轨道的一个焦点上; 2.开普勒第二定律表明:由于行星与太阳的连线在相等的时间 内扫过相等的面积, 所以行星在绕太阳公转过程中离太阳越近速率就 越大, 离太阳越远速率就越小。 所以行星在近日点的速率最大, 在远 日点的速率最小; 3.开普勒第三定律告诉我们:所有行星的轨道的半长轴的三次 方跟它的公转周期的二次方的比值都相等, 比值是一个与行星无关的 常量,仅与中心天体 —— 太阳的质量有关。 开普勒行星运动定律同样适用于其他星体围绕中心天体的运动 (如卫星围绕地球的运动) ,比值仅与该中心天体质量有关。 二、天体运动与万有引力的关系 从动力学的角度来看, 星体所受中心天体的万有引力是星体作椭 圆轨道运动或圆周运动的原因。 若将星体的椭圆轨道运动简化为圆周 运动,则可得如下规律: Mm GM 1.加速度与轨道半径的关系:由 ma 得 a G 2 2 r r 2 Mm v GM r 2.线速度与轨道半径的关系:由 得 v G m 2 r r GM Mm 2 r 3.角速度与轨道半径的关系:由 得 G m 3 2 r r 2 3 G Mm 2 T r 得4.周期与轨道半径的关系:由 m r 2 2 r GM 若星体在中心天体表面附近做圆周运动,上述公式中的轨道半径 r 为中心天体的半径 R 。 学法指导 一、求解星体绕中心天体运动问题的基本思路 1.万有引力提供向心力; 2.星体在中心天体表面附近时,万有引力看成与重力相等。 二、几种问题类型 1.重力加速度的计算 Mm ( R h)2 GM (R h)2 由 G mg 得 g 式中 R 为中心天体的半径, h 为物体距中心天体表面的高度。 2.中心天体质量的计算 2 3 GMm 2 m( T 4 r 2 ( 1)由 )2 r 得 M 2 r GT gR 2 G ( 2)由 G Mm mg 得 M R 2 式( 2)说明了物体在中心天体表面或表面附近时,物体所受重 力近似等于万有引力。 该式给出了中心天体质量、 半径及其表面附近 的重力加速度之间的关系,是一个非常有用的代换式。 3.第一宇宙速度的计算 第一宇宙速度是星体在中心天体附近做匀速圆周运动的速度, 是 最大的环绕速度。 2 GM R Mm v G = m 1 ( 1)由 得 v 1 2 R R 2 ( 2)由 mg = m v 1 得 v gR 1 R 4.中心天体密度的计算 4 3 3g RG ( 1)由 G Mm mg 和 M 3 R 得 V 2 R 4 (2)由 G Mm 2 m( 4 3 3 2 GT 2 ) R 3 R 和 M 得 V R 2 T 第七章 机械能守恒定律 要点解读 一、热量、功与功率 1.热量:热量是内能转移的量度,热量的多少量度了从一个物 体到另一个物体内能转移的多少。 2.功:功是能量转化的量度, 力做了多少功就有多少能量从一 种形式转化为另一种形式。 ( 1)功的公式: (α是力和位移的夹角) ,即功等 于 W Fl cos 力的大小、 位移的大小及力和位移的夹角的余弦这三者的乘积。 热量 与功均是标量,国际单位均是 J 。 ( 2)力做功的因素:力和物体在力的方向上发生的位移,是做 功的两个不可缺少的因素。 力做功既可以说成是作用在物体上的力和 物体在力的方向上位移的乘积, 也可以说成是物体的位移与物体在位 移方向上力的乘积。 ( 3)功的正负: 根据 W Fl cos 可以推出: 当 0° ≤ <α 90°时, 力做正功,为动力功;当 90°< α ≤ 180时°, 力做负功,为阻力功; 当 α= 90°时,力不做功。 ( 4)求总功的两种基本法:其一是先求合力再求功;其二是先 求各力的功再求各力功的代数和。 3.功率:功跟完成这些功所用的时间的比值叫做功率,表示做 功的快慢。 ( 1)平均功率与瞬时功率公式分别为:和 ,式中是 F P Fvcos 与 v 之间的夹角。功率是标量,国际单位为 W 。 ( 2)额定功率与实际功率:额定功率是动力机械长时间正常工 作时输出的最大功率。 机械在额定功率下工作, F 与 v 是互相制约的; 实际功率是动力机械实际工作时输出的功率, 实际功率应小于或等于 额定功率,发动机功率不能长时间大于额定功率工作。实际功率 P 实 =Fv ,式中力 F 和速度 v 都是同一时刻的瞬时值。 二、机械能 1 2 mv 。 2 1. 动能:物体由于运动而具有的能,其表达式为 E K 2.重力势能:物体由于被举高而具有的势能,其表达式为 E P mgh ,其中 h 是物体相对于参考平面的高度。重力势能是标量, 但有正负之分, 正值表明物体处在参考平面上方, 负值表明物体处在 参考平面下方。 3.弹性势能:发生弹性形变的物体的各部分之间,由于有弹力 的相互作用,而具有的势能。 1 2 弹簧弹性势能的表达式为: 2 ,其中 k 为弹簧的劲度系数, 为 l E P kl 弹簧的形变量。 三、能量观点 1.动能定理 (1)内容:合力所做的功等于物体动能的变化。 1 21 2 (2)公式表述:22 E 或W W E mv mv K 2 K 1 21 2.机械能守恒定律 (1)内容:在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能和势能可以互相转化,而总的机械能保持不变。 1 21 2 (2)公式表述:22mgh 或写成E K2 +E P2= E K1 +E P1 mv mgh mv 2211 (3)变式表述: ①物体系内动能的增加(减小)等于势能的减小(增加); ②物体系内某些物体机械能的增加等于另一些物体机械能的减 小。 3.能量守恒定律 (1)内容:能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式 转化为其他形式,或者从一个物体转移到另外一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总和保持不变。 (2)变式表述: ①物体系统内,某些形式能的增加等于另一些形式能的减小; ②物体系统内,某些物体的能量的增加等于另一些物体的能量的 减小。 电磁学部分 第一章电场电流 要点解读 一、电荷 1.认识电荷 (1)自然界有两种电荷:正电荷和负电荷。 (2)元电荷:任何带电物体所带的电荷量都是 e 的整数倍,电荷量 e 叫做元电荷。 (3)点电荷:与质点一样,是理想化的物理模型。只有当一个 带电体的形状、大小对它们之间相互作用力的影响可以忽略时,才可以视为点电荷。 (4)电荷的相互作用:同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。 2.电荷的转移 (1)起电方式:主要有摩擦起电、感应起电和接触起电三种。 (2)起电本质:电子发生了转移。 构成物质的原子是由带正电的原子核和核外带负电的电子组成。 一般情况下,原子核的正电荷数量与电子的负电荷数量一样多,整个原子显电中性。起电过程的实质都是使电子发生了转移,从而破坏了原子的电中性,得到电子的物体(或物体的一部分)带上负电荷,失 去电子的物体(或物体的一部分)带上正电荷。 3.电荷守恒定律:电荷既不能创生,也不能消灭,只能从一个 物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分,在转移过程中,电荷的总量不变。 4.电荷的分布:带电体突出的位置电荷较密集,平坦的位置电 荷较稀疏,所以带电体尖锐的部分电场强,容易产生尖端放电。避雷针就是利用了尖端放电的原理。 5.电荷的储存 (1)电容器:两个彼止绝缘且相互靠近的导体就组成了一个电 容器。在两个正对的平行金属板中间夹一层绝缘物质——电介质,就形成了一个最简单的平行板电容器。电容器是储存电荷的容器,电容器两极板相对且靠得很近,正负电荷相互吸引,使得两极板上留有等量的异种电荷——电容器就储存了电荷。 (2)电容:电容是表示电容器储存电荷本领大小的物理量。在 相同电压下,储存电荷多的电容器电容大;电容的大小由电容器的形状、结构、材料决定;不加电压时,电容器虽不储存电荷,但储存电 荷的本领还是具备的——仍有电容。 6.库仑定律: (1)内容:真空中两个点电荷之间的相互作用力,跟它们的电 荷量的乘积成正比,跟它们距离的二次方成反比,作用力的方向在它 Q Q 们的连线上。其表达式: 1 2 。 F k 2 r (2)适用条件:Q1、Q2 为真空中的两个点电荷。 带电体都可以看成由许多点电荷组成的,根据库仑定律和力的合成法则,可以求出任意两个带电体之间的库仑力。