1、高中物理学知识的结构体系高中物理学知识的结构体系 高中物理包括必修 1、2 共 7 章；选修 3-1、2、3、4、5 共 19 章内容。归纳起来，整个高中物理的知识体系可以分为力学力学、热学热学、光学光学、电磁学电磁学（电学和磁学） 、 原子物理学原子物理学五大学科部分。 必修 1 和 2 属于力学力学部分；选修 3-1、3-2 属于电磁学电磁学内容；选修 3-4 主要为光学光学；选修 3-5 主要为原子物理学原子物理学，有 3 章（机械振动和机械波、动量守恒定律）为 力学内容。除了热学部分热学部分是初中物理（选修 3-3 未学）的主讲内容外，其他都在高中期间得到学习和深化。 高中物理所有知识
2、体系简表高中物理所有知识体系简表 力学静力学 （必修 1） 力的概念和三种常见力重力、弹力、摩擦力力的合成和分 解 物体的平衡（相互作用） 运动学 （必修 1、2） （选修 3-4） 直线运动匀速直线运动、匀变速直线运动 曲线运动 (运动的合成和分解) 平抛物体运动 匀速圆周运动天体运动问题 机械振动（简谐运动）阻尼振动、受迫振动 机械波（横波、纵波）反射、折射、干涉、衍射、叠加、多普勒效应 动力学 （运动和力） （必修 1、2） （选修 3-5） 牛顿运动定律牛顿第一、二、三定律 万有引力与圆周运动 功与能功、功率 动能、势能 动能定理 重力势能、弹性势能 机械能守恒定律 动量和冲量动量定理
3、 系统动量守恒定律 电学电场（静电场） （选修 3-1） 力的特性库仑定律电场强度 电场线 点电荷场强 匀强电场场强 带电粒子在电场 中的运动 能的特性电荷的电势能（电势）电势差电场力的功电容器 电路 （恒定电流） （选修 3-1） 电源电动势 闭合电路的欧 姆定律 内电阻电流、电压、功率欧姆表 电阻串、并联关系 欧姆定律电功、电功率、电 热 电阻定律 磁学磁场 （选修 3-1） 磁场的产生永磁体磁场 电流磁场 磁场的性质磁感强度、磁通密度、磁感线安培力(左手定则)、洛仑兹力(左 手定则) 带电粒子在磁场 中运动 磁通量磁通密度 电磁感应 （选修 3-2） （选修 3-4） 产生的条件导体切割
4、磁感线运动法拉第电磁感应定律右手定则 穿过闭合电路所围面积中磁通量发生 变化 法拉第电磁感应定律楞次定律 自感电磁振荡与电磁波 互感变压器和电能的输送交变电流右手定则 光学几何光学 （选修 3-4） 光的直线传播 (均匀介质) 本影、半影、日食、月食、小孔成像 真空中的光速电磁波谱 光的反射反射定律、平面镜成像 光的折射折射定律、全反射现象 光的色散 棱镜：全反射棱 射 物理光学 （光的本性） （选修 3-4、5） 光谱发射光谱 吸收光谱 连续、明线光谱 光谱分析 光的波动性光的干涉（双缝、薄膜） 、光的衍射 光的粒子性光子、光电效应电磁波谱 光的波粒二象性 热学 (初中物 理) ( 选 修
5、3-3) 热学的基本知 识 分子动理论分子无规则运动扩散、布朗运 动 动能（温度） 相互作用力势能（体积） 物体的内能分子动能、热能、物体的内能 热和功内能的改变做功、热传递 能量守恒定律热力学第一、 二定 律 气体的性质气体的状态描述物质的量、压强、体积、温度及其关系 理想气体状态变化规律克拉贝龙方程一定质量理想气 体状态方程 等温过程、 等压过 程、等容过程 饱和汽、非饱和汽空气的湿度 原 子 物 理 ( 选 修 3-5) 原子结构核式模型、玻尔理论、电子 云 粒子散射实验、放射、衰变、人工转变、裂变、聚变 原子核 以下详细总结各部分知识体系的结构和内容，并且与课本（人教版）建立联系。 力
6、学知识结构体系 力学部分包括静力学静力学、运动学运动学和动力学动力学三部分 PART I静力学静力学 三种 常见 的力 物体 的平 衡 力的合成与分解力的合成与分解一个力的作用效果，如果与几个力的效果相 同，则这个力叫那几个力的合力合力，那几个力叫这个力的分力分力。 由分力求合力的运算叫力的合成力的合成；由合力求分力的运算叫力的分力的分 解解。 力的 概念 定义定义力是物体对物体的作用。所以每一个实在的力都有施力物体和受力物体 三要素三要素大小、方向、作用点 矢量性矢量性力的矢量性表现在它不仅有大小和方向，而且它的运算符合平行四边形定则。 效果效果力的作用效果表现在，使物体产生形变以及改变物体
7、的运动状态两个方面。 摩摩 擦擦 力力 重力重力由地球对物体的吸引而产生。方向：总是竖直向下。大小 Gmg。g 为重力加速度，由于物体到地心的距离变化和地球自转的影响，地球周围各地 g 值不同。在地 球表面，南极与北极 g 值较大，赤道 g 值较小；通常取 g=9.8 米秒 2。 重心重心的位置与物体的几何形状、质量分布有关。 任何两个物体之间的吸引力叫万有引力， 2 R Mm GF 。通常取引力常量 G6.6710-11牛米 2千克2。物体的重力可以认为是地球对物体的万有引力。 弹力弹力弹力产生在直接接触并且发生了形变的物体之间。支持面上作用的弹力垂直于支持面；绳上作用的弹力沿着绳的收缩方向
8、。 胡克定律胡克定律 F=kx，k 称弹簧劲度系数。 滑动摩擦力滑动摩擦力物体间发生相对滑动时，接触面间产生的阻碍相对滑动的力，其方向与接触面相切，与相对滑动的方向相反；其大小 f=N。N 为接触面间 的压力。为动摩擦因数，由两接触面的材料和粗糙程度决定。 静摩擦力静摩擦力相互接触的物体间产生相对运动趋势时，沿接触面产生与相对运动趋势方向相反的静摩擦力。静摩擦力的大小随两物体相对运动的“趋势”强 弱，在零和“最大静摩擦力”之间变化。 “最大静摩擦力”的具体值，因两物体的接触面材料情况和压力等因素而异。 物体的平衡概念物体的平衡概念：当物体受到几个力的作用时处于静止静止状态或匀速直线运动状态匀速
9、直线运动状态，就说这几个力平衡，这时的物体处于平衡状态，且合力为零。 共点力：共点力：作用在一个物体上的几个力，作用于一点，或其延长线相交于一点。 共点力作用下的物体的平衡条件共点力作用下的物体的平衡条件：作用在一个物体上的几个力，合力为零，即 F合0，则物体是平衡的。 “平衡力平衡力”与与“相互作用力相互作用力”的关系是：的关系是：都是大小相等、方向相反，并且在同一条直线上，但“平衡力”的两个力的作用点在同一物体上，而“相互作用力”的两 个力分别作用在两个物体上。 PART II运动力学运动力学 直线 运动 曲线 运动 加速度方向与速度方加速度方向与速度方 向的关系向的关系在直线 运动中，若
10、速度增加， 则加速度与速度的方 向相同；若速度减小， 则方向相反。 运动 的描 述 质点质点忽略物体的大小和形状，将其看作一个“具有质量”的物质点。能否看成质点与研究问题的性质有关。 参考系参考系运动是相对的。描述物体运动时，用于参考，观察其相对运动的物体。参考系可任选，以对研究问题简单、方便为准。坐标系坐标系 描述物体运动时，在参考系上建立的适当的坐标系。 时间时间、位移位移描述质点运动的物理量。位移是矢量，时间是标量。 速度速度、加速度加速度速度的变化量与变化时间段的比值，为加速度，矢量，矢量， t v m/s2。 t x v ，矢量，m/s。 运动的合成与分解运动的合成与分解已知分运动求
11、合运动叫运动的合成，已知合运动求分运动叫运动的分解。运动的合成与分解遵守平行四边形定则 匀速率圆周运动匀速率圆周运动特点：合外力总指向圆心（又称向心力） 。 描述量：线速度 V，角速度，向心加速度，圆轨道半 径 r，圆运动周期 T。 规律：F= m r V 2 =m2r = mr T 2 2 4 匀速直线运动匀速直线运动vS/t 变 速变 速 直 线直 线 运动运动 万有引力定律：万有引力定律： ma R GMm F 2 ； R v m R GMm 2 2 ； Rm R GMm 2 2 ； R T m R GMm 2 2 2 适用范围适用范围： 两个质点间的引力，R 为两个质点间的距离 两个质
12、量分布均匀的球体之间的引力，R 为两球心间的距离 一质量分布均匀的球体与球外一质点间的引力，R 为球心到质点间的距离 应用应用： 天体运动问题分析天体运动问题分析 人造地球卫星 宇宙速度 平抛物体的运动平抛物体的运动特点特点：初速度水平，只受重力。分析分析：水平匀速直线运动与竖直方向自由落体的合运动。 规律规律：水平方向水平方向vx= v0，x=v0t竖直方向竖直方向vy= gt， 2 2 1 gty 合速度合速度 22 yxt vvv与 x 正向夹角 tg= x y v v tg 匀变速直线运动匀变速直线运动弹力产生在直接接触并且发生了形变的物体之间。支持面上作用的弹力垂直于支持面；绳上作用
13、的 弹力沿着绳的收缩方向。速度规律速度规律 vtv0+at位移规律位移规律 2 0 2 1 attvs 速度位移关系速度位移关系asvvt2 2 0 2 自由落体运动自由落体运动 速度规律速度规律 vtgt 位移规律位移规律 2 2 1 gts 速度位移关系速度位移关系 ghvt2 2 非匀变速直线运动非匀变速直线运动平均速度、瞬时速度 机械 振动 简谐运动简谐运动物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动，叫做简谐振动。也称为无阻尼振动或等幅振动。 特征特征：振幅保持不变的自由振动。描述量描述量：振幅 A，周期 T，频率 f 1/T。x-t 图像图像：正弦曲
14、线或余弦曲线振动能振动能：动能和势能之和，机械能守恒 相关物理量的周期性变化相关物理量的周期性变化：位移、回复力、即时速度、即时加速度，动能与势能等。 受力特征：回受力特征：回复力复力 F=-kxm2x 基本模型基本模型： 单摆单摆 （r0时，r 增大，则分子力做功，分子势能增加，r 减小， 分子力做正功，势能减小；rr0时，r 增大，则分子力做正功，势能减小， r 减小，克服分子力做功，势能增加 r0=10 10m；r = r 0时，f引=f斥；rr0时，f引f斥；rr0时，f引f斥。 热力学第二定律热力学第二定律克劳修斯表述克劳修斯表述:不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变
15、化(按热传导的方向性表述)。开尔文表述开尔文表述:不可能从单一热源 吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述） 。第二类永动机(只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功 而不引起其他变化的热机。)是不可能制成的。 热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的微观解释:熵增加原理：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度 更大的方向发展。因此热力学第二定律也叫做熵增加原理。热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。 热力学第三定律热力学第三定律：两种温度间的关系
16、可以表示为：T = t+273.15K 和T =t，要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的。0K 是低温的极限，它表示所有分子都 停止了热运动。可以无限接近，但永远不能达到。不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。热力学第三定律不阻止人们想办法尽可能地接近绝对零度。 物质是由大量物质是由大量分子组成的分子组成的 分子永不停息地做无规则运动分子永不停息地做无规则运动 分子间存在相互作用力分子间存在相互作用力 压强压强用分子动理论解释气体压强的产生 （气体压强的微观意义） 。 气体 的压强是大量分子频繁碰撞器壁产生的。压强的大小跟两个因素有关： 1气体分子的平均动能，分子的密集程度 体积：
17、气气 体体 的的 性性 质质 物质的量： 温度温度反映物体冷热程度的物理量 （是一个宏观统计概念） ， 是物体分子 平均动能大小的标志。任何同温度的物体，其分子平均动能相同。 热力学热力学温度温度(T)与摄氏温度与摄氏温度(t)的关系的关系Tt+273.15（K） 说明：两种温度数值不同，但改变 1 K 和 1的温度差相同 K 是低温的极限，只能无限接近，但不可能达到。 这两种温度每一单位大小相同，只是计算的起点不同。摄氏温度把 1 大气压下冰水混合物的温度规定为 0，热力学温度把 1 大气压下冰水混合物 的温度规定为 273K（即把273规定为 0K） ，所以 T=t+273 概念概念理想气
18、体是一种理想化模型， 其分子间距很大， 不存在分子势能， 分子间没有相互吸引和排斥，分子之间及分子与器壁之间发生的碰 撞是完全弹性的，不造成动能损失。这种气体称为理想气体。 理想气体状态方程理想气体状态方程 即克拉贝龙方程即克拉贝龙方程 气体的体积、压强、温度间的关系：气体的体积、压强、温度间的关系：PVnRT， 1 122 12 pVp V TT 等温变化图线等容变化图线等压变化图线 等温变化图线为双曲线的一支， 等容(压)变化图线均为过原点的直线(之所以 原点附近为虚线，表示温度太低了，规律不再满足)；图中双线表示同一气 体不同状态下的图线， 虚线表示判断状态关系的两种方法； 对等容(压)
19、变化， 如果横轴物理量是摄氏温度 t，则交点坐标为-273.15 饱和汽和饱和汽压饱和汽和饱和汽压在密闭容器中的液面上同时进行着两种相反的过程：一方面分子从液面飞出来；另一方面由于液面上的汽分子不停地做无规则的热运动， 有的汽分子撞到液面上又会回到液体中去。随着液体的不断蒸发，液面上汽的密度不断增大，回到液体中的分子数也逐渐增多。最后，当汽的密度增大到一定程度 时，就会达到这样的状态：在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数，这时汽的密度不再增大，液体也不再减少，液体和汽之间达到了动态平 衡状态。把跟液体处于动态平衡的汽叫做饱和汽，把未达到饱和的汽叫未饱和汽。一定温度下，饱和汽的
20、压强一定，叫做饱和汽压。未饱和汽的压强小于饱和汽压。 饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关。 饱和汽压与温度和物质种类有关。在同一温度下，不同液体的饱和气压一般不同，挥发性大的液体饱和气压大；同一种液体的饱和气压随温度的升高而迅速 增大。对于某种液体而言单位时间、单位面积（液面）飞出的液体分子数只与温度有关 将不饱和汽变为饱和汽的方法：降低温度减小液面上方的体积等待（最终此种液体的蒸气必然处于饱和状态） 汽汽 气体气体 状态状态 描述描述 气体气体 的状的状 态态 理想气体， 由于不考虑分子间相互作用力， 其内能仅由温度和分子总数决 定，与气体的体积无关。温度越高，内
21、能越大。 理想气体与外界做功与否：体积增大，对外做了功（外界是真空则气体对 外不做功） ，体积减小，则外界对气体做了功。 理想气体内能变化情况看温度。 理想气体吸不吸热，则由做功情况和内能变化情况共同判断。 （即从热力 学第一定律判断） 只有大量分子组成的物体才谈得上温度，不能说某几个氧分子的温度是多 少。因为分子运动是无规则的，某时刻它们的平均动能可能较大，另一时刻 平均动能也可能较小，无稳定的“冷热程度”。 1的 O2和 1的 H2平均动能相同，1的 O2小于 1的 H2平均速率。 理想理想 气体气体 等温过程等温过程玻意耳定律：PVC 等容过程等容过程查理定律： P / TC 等压过程等
22、压过程盖吕萨克定律：V/ TC 电磁学知识结构体系 电磁学包括：电学和磁学两大部分。包括电性和磁性交互关系，主要研究电磁波、电磁场以及有关电荷、带电物体的动力学，二者很难清晰分割。 电 学 电动势 = q W ；内电阻 r 电电场场线线 意义： ? 电场线疏 密表示强度大小； ? 电场线 方向表示正检验电荷受力 方向； ? 电场线方向是电势 降落最快的方向； ? 电场线 与等势面处处垂直。 带带电电粒粒子子在在电电场场中中的的运运动动 加加速速：Uq=Ek 匀匀强强场场中中偏偏转转侧侧移移： y= 2 1 m Eq t2 (V0E) 电场力的功 WAB=UABq 特点：只与首末位置有关， 而与
23、路径无关 电电荷荷间间的的相相互互作作用用 库仑定律 F=k 2 21 r qq ，适用于真空 中点电荷 电电 场场 电势差 UAB=UAUB= q WAB 正正电电荷荷：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷。 负负电电荷荷：用毛皮摩擦过的橡胶捧所带的电荷。 电电荷荷简简的的相相互互作作用用规规律律： 同种电荷相互排斥， 异种电荷相互吸引。 电电荷荷量量：电荷的多少。单位：库仑(C) 匀强电场场强 E= d U 电容器 C= U Q 法(库/伏) 平行板电容 C= kd 4 电电场场强强度度 E= q F ,E 与 F、 q、无关。 矢矢量量性性： 方向规定为正检验 电荷受力的方向。单单位位：牛 顿
24、/库仑或伏/米。 点 电 荷 场 强 E=k 2 r Q 电电 流流 电电 路路 电电 荷荷 电电 阻阻 电电 源源 电电流流 电荷的定向移动形成电流。 电电流流方方向向： 正电荷定向移动的 方向规定为电流的方向。获获得得持持续续电电流流的的条条件件：电路中有电源、 电路为通路。 串串、并并联联关关系系 串联 I=I1=I2= U=U1+U2+ R=R1+R2+ 并 联 I=I1+I2+ U=U1=U2= 21 111 RRR 闭闭合合电电路路欧欧姆姆定定律律 电流形式 I= rR 电压形式 =U+U 功率形式 I =IU+I2r 部分电路欧姆定律 I= R U ； 电功 W=IUt ；电功率
25、 P=IU；电热 Q=I2Rt （焦耳定律） 电阻定律 R= S L 能能的的 特特性性 力力的的 特特性性 电荷的 电势能 电势 U= q ，伏(焦/库) 电磁场和电磁波 电磁场是电磁作用的媒递物，具有能量和动量，物质存在的一种形式。其性质、特征及运动变化规律由麦克斯韦方程组确定。电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。 光学知识结构体系 几 何 光 学 本影半影日食月食小孔成像 发射光谱发射光谱由发光物体直接产生的光谱叫发射光谱。 物物 理理 光光 学学 折射定律折射定律光线从第一种媒质射入第二种媒质时,入射线、折射线与法线共面，且分居法线两侧； 入射角(i)与折射角(r)正弦的比值为一常
26、量 n，n=sini/sinr (n 由两种媒质种类决定)，称为第二种媒 质对第一种媒质的折射率。如第一种媒质是空气或真空，n 又称为第二种媒质的折射率。 光的直线 传播 (均匀介质) 光的 反射 反射定律反射定律入射线、反射线与法线共面，且分居法线两侧，入射角=反射角。 光 的 折 射 全反射现象全反射现象光线从空气或真空中射向其它媒质(n密n疏)时，当入射角临界角 C 时，折射光线完全消失,反射光最强.这种现象叫做全反射。SinC=1/n 全反射棱射全反射棱射横截面是等腰直角三角形 的棱镜叫全反射棱镜。 吸收光谱吸收光谱连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱 真空中光速真空中光速c
27、= 3.0108米/秒 平面镜成像平面镜成像特点：成虚像;像与物等大小,正立,且与镜面位置对称。 棱镜棱镜光从玻璃棱镜的一个侧面射入，从 另一个侧面射出时，出射光线跟入射光线 相比，向底面偏折。 明线光谱明线光谱（线状谱）由一些不连续的亮线组成的光谱。各种 元素都有一定的线状谱，元素不同，线状谱不同，故又称原子光 光的色散光的色散一束白光通过三棱镜后发生色散,形成按一定次序(红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫)排列的光谱。 色散现象表明：白光是由各种单色光组成的复色光，同种媒质对不同色光的折射率不同，对紫光折射率最大，对红光折射率最小。 光光 的的 本本 性性 光光 谱谱 光的光的 波动波动 性性 光
28、的光的 粒子粒子 性性 连续光谱连续光谱由连续分布的一切波长的光组成的光谱。 光谱分析光谱分析根据光谱来鉴别质和确定它的化学组成，这种方法叫光 谱分析。做光谱分析时，可利用明线光谱也可以利用吸收光谱。 光电效应光电效应在光的照射下， 物体发 射电子的现象叫光电效应。 特点特点：入射光的频率必须大于被 照射金属的极限频率， 才可以发生； 光电子的最大初动能随入射光的 频率增大而增大；光电子的发射 是光照瞬间进行的；光电流的强 度与入射光强度成正比。 光子光子光在空间传播不是连续的，是一份一 份的，每一份叫做一个光子。光子的能量 E=hv，h=6.6310 34焦秒，称普朗克常量。 爱因斯坦的光电
29、方程：hvW= 2 1 mv2，其中 W 为逸出功， 2 1 mv2为光电子最大初动能。 光的衍射 光的干涉（双缝干涉、薄膜干涉）干涉的应用 光的波粒二象性光的波粒二象性光既有波动性，又有粒 子性，故认为光具有波粒二象性（这里的波 动性和粒子性都是微观世界中的意义） 。 电磁波谱电磁波谱无线电波、 红外线、 可见光、 紫外线、伦琴射线、r 射线，由低频到高 频，构成了范围非常广阔的电磁波谱。 原子物理学知识结构体系 原 子 的 结 构 原 子 核 天然放射线 射线: 粒子流。粒子就是氦原子核,贯穿本领小,电离作用强。 射线:高速电子流。粒子就是电子，贯穿本领强，电离作用弱。 射线:波长极短的电
30、磁波。贯穿本领很强，电离作用很小。 汤姆生原子模型汤姆生原子模型 a 粒子散射实验实验的结果是：绝大多数 a 粒 子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数 a 粒子 发生了较大的偏转，极少数 a 粒子偏转角超过了 90，极个别的甚至被弹回，偏转角几乎是 180 原子核的衰变指原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化。半衰期指放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。 卢瑟福核式结构模型卢瑟福核式结构模型在原子的 中心有一个很小的核叫原子核，原子 核集中了原子的全部正电荷和几乎 全部的质量，带负电的电子在核外绕 核旋转。 玻尔理论 1、原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态称为定态。 2、
31、 原子从一种定态跃迁到另一种定态时， 辐射(或吸收)一定频率的 光子。光子的能量 hv=E初E终。(各定态的能量值叫能级。) 3、 原子的不同能量状态与电子沿不同半径圆轨道绕核运动相对应。 能量不连续，故可能的电子轨道也不连续。 核能利用核能利用 重核裂变 如： nU 1 0 235 92 nXeSr 1 0 136 54 90 38 10一个铀核裂变时，放出的几个中子如能再引起其他铀核 裂变，就可以使裂变不断地进行下去，这称为链式反应链式反应。 （核反应堆、核电站） 轻核聚变 如：nHeHH 1 0 4 2 3 1 2 1 （需几百万度高温条件） ，利用上述反应，均可释放出巨大的核能。 为热核反应热核反应 人工核转变（核反应） 发现质子HOHeN 1 1 17 8 4 2 14 7 发现中子nCHeBe 1 0 12 6 4 2 9 4 质能方程：E=mc2；E=mc2 原子核的组成原子核由质子和中子组成， 质子与中子统称核子。 具有相 同质子数和不同中子数的原子之间，互称同位素。 核力指把各种核子紧紧地约束在原子核里的力。 核能指原子核转变中释放(或吸收)的能量。 质能方向E=mc2,指出物体具有的能量和它的质量之间的关系。 由质能方 程可以根据原子核转变中发生的质量亏损m， 计算出所能释放的核能 E(mC2)。
