1、 绪绪 论论 物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。物理学的研究目的在于帮助人们认识物质运动的基本性质和相互转化的规律，揭示物质不同层次的内部结构。物理学是一门自然科学，也是一门理论与实践高度结合的科学，它在科学技术发展中发挥着极其重要的作用，也是工程技术的重要支柱。学好物理学的方法（1）做好物理实验。（2）理解物理概念和基本规律是。（3）注重理论知识的应用。误误 差差 测得的数据与被测量的真实值不可能完全一致，总会出现不同程度的偏差，这种现象称为误差误差。由于仪器精度的限制、实验方法的不完善、个人由于仪器精度的限制、实验方法的不完善、个人读数时产生的偏差以及环境变化造成的误差等
2、，会读数时产生的偏差以及环境变化造成的误差等，会引起多次测量结果总是偏大或偏小，这种误差称为引起多次测量结果总是偏大或偏小，这种误差称为系统误差系统误差。排除了系统误差，仍然存在测量结果或偏大或偏排除了系统误差，仍然存在测量结果或偏大或偏小的情况，这种误差称为小的情况，这种误差称为偶然误差偶然误差。由于观察者测量技巧不熟练或粗心大意及违规操由于观察者测量技巧不熟练或粗心大意及违规操作而引起的误差称为作而引起的误差称为过失误差过失误差。测量值与真实值之间的差值，称为绝对误差绝对误差。各次绝对误差的平均值，称作平均绝对误差平均绝对误差。平均绝对误差与被测量平均值的百分比，称为平平均相对误差均相对误
3、差。由最小刻度线直接读出来的数是准确的，可称为可靠数字可靠数字。倘若待测的量是在两条最小刻度线之间时，这时我们只能用肉眼估计出来，因此，这个数字是不可靠的，称为可疑数字可疑数字。可疑数字连同前几位可靠数字，在测量中都是有效的，称为有效数字有效数字。第一章第一章 直线运动直线运动第一节第一节 机械运动机械运动 质点质点 一个物体相对另一个物体的位置变动称为机械运机械运动动，简称运动。在描述物体的运动时，选来作为参考标准的另外的物体，称为参考系参考系。用来代替物体的有质量的点称为质点质点。理想模型理想模型就是人们为了某种特定的目的，而对研究对象所作的一种简化性的描述。运动的质点通过的路线（或点的连
4、线），称为质点运动的轨迹轨迹。质点运动的轨迹是直线的运动称为直线运动直线运动。质点运动的轨迹是曲线的运动称为曲线运动曲线运动。第二节第二节 运动的时空描述运动的时空描述时刻时刻是指某一瞬时。是指某一瞬时。时间时间是指两个时刻之间的间隔。是指两个时刻之间的间隔。一段时间的起始时刻称为一段时间的起始时刻称为初时刻初时刻。一段时间的终止时刻称为一段时间的终止时刻称为末时刻末时刻。路程路程指的是物体所通过的实际轨迹的长度。指的是物体所通过的实际轨迹的长度。质点由初位置质点由初位置O，经过一段时间运动到末，经过一段时间运动到末位置位置M，从初位置，从初位置O指向末位置指向末位置M的有向线段的有向线段OM
5、，就表示质点在一段时间内发生的，就表示质点在一段时间内发生的位移位移。只有大小而没有方向的物理量称为只有大小而没有方向的物理量称为标量标量。有大小又有方向的物理量称为有大小又有方向的物理量称为矢量矢量。第三节第三节 匀速直线运动匀速直线运动 速度速度速度是描述运动物体位置变化快慢和方向的物理量。速度的大小在数值上等于单位时间内位移的大小，速度的方向跟物体运动的方向相同。速度不但有大小，而且有方向，是矢量。速度的方向跟物体运动的方向相同。物体在一条直线上运动，如果在任意相等的时间里位移相等，这种运动就称为匀速直线运动。速度与时间的关系也可以用图象表示出来，这种图象称为速度时间图象。第四节变速直线
6、运动平均速度和瞬时速度第四节变速直线运动平均速度和瞬时速度 物体物体在一条直线上运动，在一条直线上运动，如果在相等的时间里位移如果在相等的时间里位移不相等，这种运动就称为不相等，这种运动就称为变速直线运动。变速直线运动。在变速直线运动中，运动在变速直线运动中，运动物体的位移物体的位移s与发生该位与发生该位移所用时间移所用时间t的比值，称为的比值，称为这段位移内的这段位移内的平均速度平均速度。运动物体经过某一时刻运动物体经过某一时刻（或某一位置）的速度，（或某一位置）的速度，称为称为瞬时速度瞬时速度。瞬时速度的大小，称为瞬时速度的大小，称为瞬瞬时速率时速率，简称，简称速率速率。第五节第五节 匀变
7、速直线运动匀变速直线运动 加速度加速度 物体沿直线运动，如果在任意相等的时间内，速度的变化（增加或减少）都相等，这种运动就称为匀匀变速直线运动变速直线运动。当一个物体的速度随着时间而均匀增加，称为匀加匀加速直线运动速直线运动。当一个物体的速度随时间而均匀减少，称为匀减速匀减速直线运动直线运动。速度的改变量跟发生这一改变所用时间的比值，称为加速度加速度。加速度是表示速度改变快慢的物理量。加速度不但有大小，而且有方向，也是矢量。加速度方向与速度方向同在一条直线上。atvvt0 第六节第六节 匀变速直线运动的速度和位移匀变速直线运动的速度和位移 第八节第八节 自由落体运动自由落体运动 物体只在重力作
8、用下从静止开始下落的运动，称为自由落体运动自由落体运动。严格说来，这种运动只有在没有空气的空间里才能发生。如果空气阻力的作用比重力小很多时，可以忽略不计，物体的下落（删除也）可以近似地看成是自由落体运动。在同一地点，一切物体在自由落体运动中的加速度都相同。加速度跟物体的质量、大小或形状无关。这个加速度称为自自由落体由落体加速度加速度，也称为重力加速重力加速度度，通常用g来表示。纬度越大的地方，重力加速度的值越大。在同一纬度处，高度越高的地方，重力加速度的值越小。第一节第一节 牛顿第一定律牛顿第一定律 力力 一切物体总保持匀速直线一切物体总保持匀速直线运动状态和静止状态，直运动状态和静止状态，直
9、到有外力迫使它改变这种到有外力迫使它改变这种状态为止。状态为止。这就是牛顿第牛顿第一定律一定律。物体保持原来的匀速直线运动或静止状态的性质称为惯性惯性。牛顿第一定律又称为惯性定律惯性定律。一切物体在任何情况下都具有惯性，惯性是物体的固有属性。物体的运动并不需要力来维持。力力是物体之间的相互作用。力对物体的作用效果与力的大小、方向及力的作用点有关。通常把力的大小、方向及力的作用点称为力力的三要素的三要素。力是有大小和方向的量，所以力是矢量。力的分类、作用效果、特性按力的性质进行分类，有重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等；按力的作用效果进行分类，有拉力、压力、支持力、动力、阻力等。作用效果不同的
10、力，性质可能相同，如拉力、压力、支持力实际上都是弹力，只是作用效果不同。性质不同的力其作用效果可能相同，如不论是什么性质的力，作用效果是加快物体运动的力，就可称它为动力；作用效果是阻碍物体运动的力，就称它为阻力。力的作用效果是使受力物体的形状或物体的运动状态发生变化。在力的作用下，物体发生形状或体积改变的现象称为形变形变。力可以改变物体的运动状态，即改变物体运动速度的大小和方向。力具有如下三个基本特性：（1）力不能脱离物体而单独存在。（2）力总是成对出现。（3）力不仅有大小，而且还有方向和作用点。重重 力力 地球上的一切物体都要受到地球的吸引，这种由地球上的一切物体都要受到地球的吸引，这种由于
11、地球吸引而使物体受到的力，称为重力。于地球吸引而使物体受到的力，称为重力。重力的方向总是竖直向下的。重力的方向总是竖直向下的。重力重力G跟物体的质量跟物体的质量m的关系式是：的关系式是：G=mg一个物体的各部分都要受到重力的作用。一个物体的各部分都要受到重力的作用。从效果上看，我们可以认为各部分受到的重从效果上看，我们可以认为各部分受到的重力作用集中于一点，这一点称为物体的重心。力作用集中于一点，这一点称为物体的重心。有规则形状的均匀物体，它的重心就在几有规则形状的均匀物体，它的重心就在几何中心上。何中心上。弹弹 力力 发生形变的物体，由于自身需要恢复原状，对跟它接触的物体产生力的作用，这种力
12、称为弹力弹力。弹力是一种接触力，只有在物体间直接接触并发生形变时，才能产生弹力，而且弹力的大小与物体的形变大小有关。发生形变的物体，在外力停止作用后能够恢复原状的形变称为弹性形变弹性形变。外力超出一定限度，即使撤出外力，物体也不能恢复原状，这个限度称为弹性限度弹性限度。胡克定律胡克定律：F=k x 摩擦力摩擦力 当一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体滑动的时候，要受到另一个物体阻碍它相对滑动的力，这种力称为滑动摩擦力滑动摩擦力。滑动摩擦力f的大小与物体受的支持力FN的大小成正比，即f=FN两个相互接触、相对静止的物体，当沿着接触面有相对滑动趋势时也会产生一种阻碍相对滑动趋势的力，这个力称
13、为静摩擦力静摩擦力。第三节第三节 牛顿第三定律牛顿第三定律 力是物体对物体的作用，力是物体对物体的作用，只要有力发生，就一定要只要有力发生，就一定要有受力物体和施力物体。有受力物体和施力物体。我们把两个物体之间的相我们把两个物体之间的相互作用力中的一个力称为互作用力中的一个力称为作用力作用力，另一个力称为，另一个力称为反反作用力作用力。牛顿第三定律牛顿第三定律：两个物体：两个物体之间的作用力和反作用力之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，总是大小相等，方向相反，沿一条直线，分别作用在沿一条直线，分别作用在两个物体上。两个物体上。第四节第四节 物体受力分析物体受力分析在具体分析某个物体的
14、受力情况时，应先把这个物体从与它发生相互作用的物体中隔离开来，找出周围物体对它的每一个作用力，确定这些作用力的作用方向和作用点，并且用力的图示把这些力一一表示出来。这就是通常说的受力分析受力分析和受受力图力图。几个物体通过某种方式联接起来，其中一个物体运动，使其它物体也随之运动，这样的几个物体所组成的体系，称为连连接体接体。第五节第五节 力的合成力的合成一个力如果它产生的效果跟几个力共同作用产生的效果相同，这个力就称为那几个力的合力合力，而那几个力就称为这个力的分分力力。求几个力的合力称为力的力的合成合成。几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力称为共点共点力力。
15、两个互成角度的共点力，它们的合力的大小和方向可以用表示这两个力的线段作为邻边所画出的平行四边行的对角线来表示，这个规则称为平行四边平行四边形定则形定则。物体在三个共点力作用下，物体平衡的条件是合力为零。第六节第六节 力的分解力的分解 如果几个力共同作用的效果，与原来一个力产生的效果相同，这几个力就称为原来那个力的分力分力。求一个已知力的分力，称为力的分解力的分解。力的分解是力的合成的逆运算，同样遵循力的平行四边形定则。第七节第七节 牛顿第二定律牛顿第二定律 质量是指物体所含物质的多少。牛顿第二定律：牛顿第二定律：物体的加速度跟所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度方向跟合外力的方向
16、相同。物体惯性的大小可以用其质量的大小来表示。质量是物体惯性的量度。牛顿第二定律说明：只有物体受到外力的作用，物体才具有加速度。外力恒定不变时，加速度也恒定不变；外力随着时间改变时，加速度也随着时间改变。在某一时刻，外力停止作用，加速度随即消失，物体由于具有惯性，将保持该时刻的运动状态不再改变。第八节第八节 力学单位制力学单位制第九节第九节 牛顿运动定律的简单应用牛顿运动定律的简单应用 基本单位：在国际单位制（国际代号是SI）中，取m（长度单位），kg（质量单位）、s（时间单位）推导出来的单位称为导出单导出单位位。基本单位和导出单位一起组成了单位制。失重失重：物体对支持物的压力（或对悬绳的拉力
17、）小于物体所受重力的现象。完全失重完全失重：当物体对支持物或悬挂物完全没有作用力时，物体好像完全没有了重力的现象。狭义相对论简介狭义相对论简介 狭义相对论的两个假设狭义相对论的两个假设：（1）在不同的惯性参考系中，一切物理定律的数学表达式都是相同的。这个假设称为爱因斯坦相对性原理爱因斯坦相对性原理。（2）真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动没有关系。这个假设称为光速不变原理光速不变原理。把时间、空间与运动彼此分离的观点称为绝对时空观绝对时空观。狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的加快，时间会变慢，即时间延缓时间
18、延缓。狭义相对论中，同一物体的长度，在不同的惯性系中却有不同的测量结果。时间和空间（长、宽和高）一起构成一个四维空间框架，称为时空关联集时空关联集。质量与速度的关系质量与速度的关系 爱因斯坦证明，物体的质量m是随其运动速度而变化的，二者之间有如下关系：物体在相对静止的惯性系中测出的质量，称为静止静止质量质量。物体相对观察惯性系有速度时的质量，称为相对论相对论性质量性质量或动质量动质量。从左边公式可以看出，物体的质量会随着物体运动速度的增大而增大。质量和能量是同一种物质的不同形式，称为质能质能。20)(1cmm第一节第一节 动量动量 冲量冲量 动量定理动量定理 物体的质量m和速度v的乘积称为动量
19、动量，由符号P表示。P mv 力F和力的作用时间t的乘积称为冲量用符号I表示。IFt 在一段时间内，物体动量的改变量等于在这段时间内，作用在物体上合外力的冲量，这个结论称为动量定动量定理理。动量的变化量的方向总是与冲量的方向（即合力的方向）相同。第二节第二节 动量守恒定律动量守恒定律 对于两个物体组成的系统，如果只有相互作用的内力而外力作用为零时，这个系统的总动量保持不变，这个结论称为动量守恒动量守恒定律定律。第一节第一节 功功能量是指物体具有的做功本领，简称能。与物体机械运动有关的能量称为机械能。机械能是动能与势能的总和，其中势能分为重力势能和弹性势能。一个物体受到力的作用，如果在力的方向上
20、发生一段位移，这个力就对物体做了功功。功由两个因素决定：一个是力，一个是受力物体在力的方向上的位移。具备了这两个因素，就说力对物体作了功，缺少任何一个因素，都不能有功。第二节功第二节功 率率 功率功率：是功（）与完成这个功所用的时间（）的比值。功率的定义式是：P W/或F v 输出功率输出功率是指机器对外做功的功率。额定功率额定功率是指机器在正常工作时所能达到的最大输出功率。功率一定，力和速度成反比。速度小，力就大；反之速度大，力就小。汽车行驶过程中的换档就是根据这个道理操作的。功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是。s第三节第三节 动能动能 动能定理动能定理物体由于运动而具有的能量称为动能动能。动
21、能的表达式是：k（mv）/2 动能定理动能定理：合外力对物体所做的功等于物体动能的改变量。若合外力对物体做正功，即W，则物体动能增加；若合外力对物体做负功（物体克服阻力做功）即W 目，物镜的后焦点与目镜的焦点重合，即物+目=筒长。第一节第一节 光的波动性光的波动性 色散色散 电磁波谱电磁波谱 相干波源发出的频率相同、振动方向一致，它们发出的光波在屏上叠加就会出现干涉现象干涉现象。两列光波相遇，波峰与波峰相遇或波谷与波谷相遇的地方光波的振动加强了，呈现出亮条纹；波峰与波谷相遇的地方光波的振动被抵消或削弱，呈现出暗条纹。这就是光屏上产生明暗相间条纹的过程。第一节第一节 光的波动性光的波动性 色散色
22、散 电磁波谱电磁波谱光离开直线方向而绕到障碍物阴影里去的现象称光离开直线方向而绕到障碍物阴影里去的现象称为光的为光的衍射现象衍射现象。光的干涉现象和衍射现象有力地证明了光具有波光的干涉现象和衍射现象有力地证明了光具有波动性。动性。第一节第一节 光的波动性光的波动性 色散色散 电磁波谱电磁波谱 由单色光复合而成的光称为复色光复色光。由复色光分解为单色光的过程称为光的色色散散。色散的光依一定次序（波长）排列形成的光带称为光谱光谱。色散得到的光谱是由红到紫的各种色光连续排列的光谱，这种光谱称为连续光谱连续光谱。能引起我们视觉感觉的光称为可见光可见光，可见光形成的光谱称为可见光谱可见光谱。第二节第二节
23、 光电效应光电效应 光的粒子性光的粒子性 光的波粒二象性光的波粒二象性 物质在光（包括不可见光）照射下，发射电子的现象称为光电光电效应效应，发射出来的电子称为光电子光电子。产生的电流称为光电流光电流。（1）在单位时间内，从物体表面发射出的光电子数跟照射光的强度成正比。（2）光电子的初动能仅随照射光的频率增加而增大，与照射光的强度无关。（3）任何一种金属都有一个极限频率，照射光的频率必须大于或等于某一极限频率才能产生光电效应。这个极限频率称为金属的红限。如果照射光的频率低于金属的红限，不管照射光的强度多强，均不能产生光电效应。（4）照射光照射到金属时，光电子的发射几乎是瞬时的，一般不超过10-9
24、s。第二节第二节 光电效应光电效应 光的粒子性光的粒子性 光的波粒二象性光的波粒二象性 为了解释光电效应的规律，爱因斯坦于1905年提出，在空间传播的光也不是连续的，而是一份一份的，每一份称为一个光子光子。光子的能量跟它的频率成正比，即E=hv，这个学说就是后来称为的光子说光子说。光的干涉现象和衍射现象，表明光具有波动性，光电效应又证实光具有粒子性，光既具有波动性，又具有粒子性，这种性质就是光的波粒二象性光的波粒二象性。第三节第三节 激光的特性及应用激光的特性及应用 激光激光是基于物质受激辐射原理而产生的一种高强度的相干光。高温物体能够发光，因为处于激发状态的原子是不稳定的，经过很短的时间（通
25、常约为10-8秒）就自发地辐射光子，跃迁到较低的能级上去，这种辐射称为自发辐射自发辐射。当原子处于高能级E2时，恰好有能量hv=E2-E1的光子从附近通过，在入射光子的电磁场影响下，原子会发出一个同样的光子而跃迁到低能级E1去，这种辐射称为受激辐射受激辐射。一个入射光子由于引起受激辐射就变成了两个同样的光子。激光具有单色性好、相干性好、方向性好和亮度高。第一节第一节 原子的核式结构的发现原子的核式结构的发现 汤姆生的原子模型汤姆生的原子模型：在这个模型里，原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球内，而电子却像枣糕里的枣子那样镶嵌在原子里。原子受到激发以后，电子开始振动发光，就形成了原子光谱。卢瑟
26、福的原子模型卢瑟福的原子模型：在原子的中心有一个很小的核，称为原子核原子核，原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转。原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以，整个原子是中性的。原子核的直径约为10-1510-14米，原子直径大约是10-10米。第一节第一节 原子的核式结构的发现原子的核式结构的发现玻尔的原子模型玻尔的原子模型：（1）原子只能处于一系列不连续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态称为定态定态。（2）原子从一种定态（设能量是初）跃迁到另一种定态（设能量是终）时，它辐射（或吸收）一定频率
27、的光子，光子的能量由这两种定态的能量差决定，h=初终.（3）原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此，电子的可能轨道的分布也是不连续的。氢原子的各个定态的能量值，称为能级能级。第二节第二节 天然放射现象天然放射现象 物质能自发地产生射线的性质，称为放射性放射性；具有放射性的元素，称为放射放射性元素性元素。人们把带正电的射线称为射线射线，把带负电的射线称为射线射线，把无偏转的射线称为r射线射线。粒子就是氦原子核。射线是高速运动的电子流。r射线的性质非常像X射线。放射性元素放出射线转变为其他元素，并在变化时原有元素的原子数量逐渐减少的现象，称为原子核的放射
28、性衰变放射性衰变。第二节第二节 天然放射现象天然放射现象 放出粒子的衰变称为衰变衰变。放出粒子的衰变称为衰变衰变。半衰期是放射性元素的原子核在衰变中，减少到原有原子核数量一半时所需要的时间。氡222变为钋218的半衰期是3.8天。第三节第三节 原子核的人工转变原子核的人工转变 原子核的组成原子核的组成 由于各种原子核里都能打出质子来，可见质子是原子核的组成部分。质子的质量数是1，电荷数是1。中子的质量数是1，电荷数是零。从许多原子核里都能打出中子来，可见中子也是原子核的组成部分。原子是由质子、中子和电子组成的。而原子核是由质子和中子组成，质子和中子挤在原子中心的原子核里，电子在原子核周围运动，
29、在原子核外形成不同的壳层，就像模糊的云飘移在天空中。具有相同的质子数和不同的中子数的原子互称同位同位素素。第四节第四节 放射性同位素放射性同位素 利用放射性同位素放出的射线的贯穿本领，可以检查金属内部有没有砂眼或裂纹，这种检验称为射射线探伤线探伤。过量的放射性物质产生的放射线泄露对环境造成的污染，对人类和自然界产生的破坏作用，称为放射线放射线污染污染。为了防止有害的放射线对人类和自然的破坏，人们所采取的有效防范措施，称为放放射线防治射线防治。第五节第五节 核核 能能 核能核能就是原子能，是原子核裂变或聚变过程中所释放出的能量。核能包括重核裂变释放的能量（如原子弹爆炸释放的能量）、轻核聚变释放的
30、能量（如太阳发光发热的能量来源）及原子核衰变时释放出的放射能。组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差称为核的质量亏质量亏损损。核子在结合成原子核时出现的质量亏损是m，表明它们在互相结合过程中放出的能量是：E=mc2第六节第六节 重核裂变重核裂变 轻核聚变轻核聚变 重核裂变重核裂变是指一个重核（核子数多）的原子核分裂成两个或两个以上中等质量原子核的变化过程，如U235的裂变。重核裂变的条件是需要中子撞击。铀核裂变时，同时放出23个中子，如果这些中子再引起其他铀235核裂变，就可使裂变反应不断地进行下去，这种反应称为链式反应链式反应。能够发生链式反应的铀块的最小体积称为铀块的临界体积临界体积。第六节第六节 重核裂变重核裂变 轻核聚变轻核聚变 反应堆反应堆是一种利用核燃料的可控裂变链式反应来工作的设备。核燃料核燃料是反应堆（或原子弹）中用来进行原子核链式反应的物质，也称为裂变物质裂变物质。用来使中子减速的物质称为减速剂减速剂。镉棒称为控制棒控制棒。核电站是利用原子核内部蕴藏的能量大规模生产电力的新型发电站。轻核结合成质量较大的原子核的过程称为聚变聚变。
