《物理学概念解析》课件

物理学概念解析探索自然界的基本法则欢迎来到《物理学概念解析》的课程！本课程旨在帮助大家深入理解物理学的基本概念和原理，通过系统学习和案例分析，培养运用物理知识解决实际问题的能力让我们一起探索自然界中那些奇妙而深刻的法则，揭开宇宙的奥秘！课程概述与学习目标课程概述学习目标本课程将系统讲解物理学的基本概念和理论，涵盖力学、热学、通过本课程的学习，希望大家能够掌握物理学的基本概念和原理电磁学、光学以及现代物理学等多个领域我们将深入探讨各个，理解物理学的发展历史和现状，具备运用物理知识解决实际问概念的内涵和应用，并通过案例分析和实践练习，帮助大家巩固题的能力，并培养对物理学的兴趣和热爱目标包括理解运动、所学知识力、能量、电磁现象和现代物理学基本原理物理学的发展历史古代物理学1起源于古代文明对自然现象的观察和思考，如古希腊的亚里士多德等人对运动和天体运行的初步探索经典物理学2世纪牛顿力学的建立标志着经典物理学的诞生，随后麦克17斯韦电磁理论的提出进一步完善了经典物理学的体系现代物理学3世纪初相对论和量子力学的创立，彻底改变了人们对时空

20、物质和能量的认识，开创了现代物理学的新纪元古代物理学的起源古希腊哲学古代中国的贡献12亚里士多德的物理学思想对西古代中国在天文、历法、力学方科学产生了深远影响，他提等方面积累了丰富的经验，如出了关于物体运动和宇宙结构对指南针、杠杆原理的应用的理论其他文明3古埃及、古巴比伦等文明在测量、建筑等方面也积累了一些物理知识经典物理学的诞生牛顿力学体系牛顿提出了三大运动定律和万有引力定2律，建立了完整的力学体系，成为经典伽利略的贡献物理学的基石1通过实验研究，伽利略发现了自由落体定律和惯性定律，为牛顿力学的建立奠麦克斯韦电磁理论定了基础麦克斯韦方程组统一了电场和磁场，预言了电磁波的存在，为电磁学的发展做3出了巨大贡献现代物理学的革命相对论的创立量子力学的诞生爱因斯坦提出了狭义相对论和广普朗克、玻尔、海森堡等人创立义相对论，彻底改变了人们对时了量子力学，揭示了微观世界的空、引力和宇宙的认识规律，为原子物理学、核物理学的发展奠定了基础粒子物理学的发展随着实验技术的进步，人们发现了越来越多的基本粒子，推动了粒子物理学的发展，并提出了标准模型物理学基本概念时间与空间时间空间物理学中，时间是描述事物变化过程的物理量，具有顺序性和持空间是物体存在和运动的场所，具有三维性空间可以用长度、续性时间的单位是秒（）宽度和高度来描述空间的单位是米（）s m牛顿绝对时空观绝对时间牛顿认为时间是绝对的，与观察者的运动状态无关，所有观察者测量的时间间隔都是相同的绝对空间牛顿认为空间也是绝对的，与物体和观察者的运动状态无关，存在一个绝对静止的参考系局限性牛顿的绝对时空观在高速运动和强引力场下不再适用，被爱因斯坦的相对论所取代爱因斯坦相对论时空观相对性原理光速不变原理12物理定律在所有惯性参考系中真空中的光速对于所有观察者都具有相同的形式都是相同的，与光源和观察者的运动状态无关时空观3时间和空间是相对的，与观察者的运动状态有关，时间和空间可以相互转换，形成四维时空运动学基础位移速度加速度描述物体位置变化的物描述物体运动快慢和方描述物体速度变化快慢理量，是有大小和方向向的物理量，是位移对的物理量，是速度对时的矢量时间的变化率间的变化率位移、速度与加速度位移速度加速度位移是指物体从初始位置到最终位置的速度是描述物体运动快慢和方向的物理加速度是描述物体速度变化快慢的物理直线距离和方向，用符号Δx表示位移量，等于位移除以时间间隔，用符号v表量，等于速度变化量除以时间间隔，用是矢量，既有大小又有方向示速度也是矢量符号a表示加速度也是矢量匀速运动分析公式1v=Δx/Δt特点2速度不变定义3速度恒定的运动匀速运动是指物体在一条直线上以恒定速度运动的状态在这种运动中，物体在相等的时间间隔内通过的位移相等匀速运动是最简单的运动形式，也是理解更复杂运动的基础匀加速运动分析定义公式加速度恒定的运动，速度随时间v=v₀+at,Δx=v₀t+½at²均匀变化特点加速度恒定，速度线性变化自由落体运动定义1物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，忽略空气阻力特点2初速度为零，加速度为重力加速度（约等于）g

9.8m/s²公式3v=gt,h=½gt²抛体运动原理定义以一定初速度抛出的物体在重力作用下的运动，忽略空气阻力分解可分解为水平方向的匀速运动和竖直方向的自由落体运动轨迹抛物线轨迹力学基本定律牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第三定律惯性定律，描述物体保加速度定律，描述力与作用力与反作用力定律持原有运动状态的性质物体加速度之间的关系，描述物体间相互作用的规律牛顿第一定律惯性定律定义惯性12任何物体都要保持匀速直线运物体具有保持原有运动状态的动或静止状态，直到外力迫使性质，称为惯性质量是惯性它改变这种状态为止大小的量度应用3解释了为什么汽车启动或停止时，乘客会向前或向后倾斜牛顿第二定律加速度定律含义物体的加速度与所受合力成正比，与物2体的质量成反比，加速度的方向与合力的方向相同公式1F=ma应用计算物体在力作用下的加速度，预测物3体的运动状态牛顿第三定律作用力与反作用力定义特点当一个物体对另一个物体施加力时，后一个物体也同时对前一个作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在两个不同的物体物体施加一个大小相等、方向相反的力上，不能相互抵消重力与万有引力重力万有引力由于地球的吸引而使物体受到的宇宙中任意两个物体之间都存在力，方向竖直向下，大小约为相互吸引的力，大小与两个物体mg的质量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比关系重力是万有引力在地球表面的一个分力，万有引力还提供了地球上的物体绕地球运动的向心力摩擦力的本质定义1阻碍物体相对运动的力，分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力产生原因2物体表面间的粗糙程度和分子间的相互作用力影响因素3接触面的粗糙程度、正压力的大小等弹力与胡克定律弹力物体发生弹性形变时产生的力，方向与形变方向相反胡克定律弹簧的弹力与弹簧的形变量成正比，，其中为劲度系F=kx k数应用测量力的大小，设计弹簧秤等仪器动量与碰撞动量碰撞冲量描述物体运动状态的物物体间相互作用时间很力在时间上的积累效应理量，等于物体的质量短，作用力很大的过程，等于力与作用时间的与速度的乘积，p=，分为弹性碰撞和非弹乘积，I=Ftmv性碰撞动量守恒定律定义公式应用123在一个封闭系统中，总动量保持不m₁v₁+m₂v₂=m₁v₁+m₂v₂分析碰撞、爆炸等过程，求解物体变的速度和动量能量与功功力作用在物体上，使物体在力的方向上2发生位移，力对物体做了功，是标量，能量单位是焦耳（）J1物体做功的能力，是标量，单位是焦耳（）J公式3W=FΔxcosθ功率概念定义公式描述做功快慢的物理量，等于单位时间内所做的功，是标量，单P=W/t=Fvcosθ位是瓦特（）W动能与势能动能势能物体由于运动而具有的能量，Ek=½mv²物体由于所处位置而具有的能量，分为重力势能和弹性势能机械能守恒定律定义1在只有重力或弹力做功的系统中，动能和势能的总和保持不变条件2只有重力或弹力做功，没有其他力做功应用3分析物体在运动过程中动能和势能的转化，求解物体的速度和高度简谐运动定义物体在平衡位置附近做周期性往复运动，其回复力与位移成正比特点具有周期性、对称性例子弹簧振子、单摆等单摆运动分析周期频率振幅单摆完成一次全振动所需的时间，T=单位时间内完成全振动的次数，f=1/T单摆离开平衡位置的最大距离2π√L/g波动现象定义分类12机械振动或电磁振动在空间中机械波（如声波、水波）和电的传播，是传递能量的一种方磁波（如光波、无线电波）式特点3具有波长、频率、振幅等特征，可以发生干涉、衍射等现象机械波的传播纵波质点的振动方向与波的传播方向平行，2如声波横波1质点的振动方向与波的传播方向垂直，如水波、绳波波速波传播的速度，由介质的性质决定，v=3λf声波特性频率振幅速度决定声音的音调，频率越高，音调越高决定声音的响度，振幅越大，响度越大声波在不同介质中传播的速度不同，在空气中约为340m/s多普勒效应定义由于波源和观察者之间的相对运动，使观察者接收到的波的频率发生变化的现象应用测速雷达、医学成像、天文观测等热学基础温度1描述物体冷热程度的物理量，单位是摄氏度（℃）或开尔文（）K热量2物体间由于温度差而传递的能量，单位是焦耳（）J内能3物体内部所有分子动能和分子势能的总和温度与热量温度温度是物体内分子平均动能的量度，反映了物体的冷热程度常用的温度单位有摄氏度（℃）和开尔文（）K热量热量是由于温度差而在物体之间传递的能量热量传递的方式有传导、对流和辐射热量的单位是焦耳（）J关系温度是决定热量传递方向的因素，热量传递会导致物体温度的变化热力学第一定律做功热传递内能变化外界对系统做功，系统的内能增加系统吸收热量，内能增加系统的内能变化等于外界对系统做的功与系统吸收的热量之和热力学第二定律定义熵12热量不能自发地从低温物体传描述系统无序程度的物理量，递到高温物体；不可能从单一熵增原理表明孤立系统的熵总热源吸取热量使之完全变为有是增加的用的功而不产生其他影响；一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行意义3揭示了热力学过程的不可逆性，对能源利用和环境保护具有重要意义气体定律盖吕萨克定律在压强不变的情况下，一定质量气体的2体积与热力学温度成正比，常数V/T=玻意耳定律1在温度不变的情况下，一定质量气体的压强与体积成反比，常数pV=查理定律在体积不变的情况下，一定质量气体的压强与热力学温度成正比，常数p/T=3相变现象熔化与凝固汽化与液化升华与凝华物质从固态变为液态的过程称为熔化物质从液态变为气态的过程称为汽化物质从固态直接变为气态的过程称为，从液态变为固态的过程称为凝固，从气态变为液态的过程称为液化升华，从气态直接变为固态的过程称为凝华电磁学基础电荷1电荷是物质的一种基本属性，分为正电荷和负电荷电场2电荷周围存在的特殊物质，对放入其中的电荷产生力的作用磁场3磁铁或电流周围存在的特殊物质，对放入其中的磁体或电流产生力的作用静电场电场强度描述电场强弱的物理量，等于单位正电荷在电场中所受的电场力，E=F/q电场线描述电场分布的形象化的方法，电场线从正电荷出发，到负电荷终止电势描述电场中某点电势高低的物理量，与放入该点的电荷无关电势与电压电势电压电场中某点的电势等于将单位正电荷电场中两点之间的电势差，等于将单从该点移动到零电势点所做的功位正电荷从一点移动到另一点所做的功电流与电路电流电路12电荷的定向移动形成电流，电由电源、导线、开关和用电器流的单位是安培（A）组成的电流通路欧姆定律3电路中的电流与电压成正比，与电阻成反比，I=U/R磁场概念磁感线描述磁场分布的形象化的方法，磁感线2是闭合曲线磁感应强度1描述磁场强弱的物理量，等于单位电流在磁场中所受的力，B=F/IL磁通量穿过某一面积的磁感线条数，是描述磁场穿过该面积的物理量，Φ=BScosθ3电磁感应法拉第电磁感应定律楞次定律穿过闭合电路的磁通量发生变化感应电流的磁场总是阻碍引起感时，电路中会产生感应电动势，应电流的磁通量的变化E=-nΔΦ/Δt应用发电机、变压器等电磁波定义1电场和磁场相互激发而形成的在空间中传播的波动，具有波粒二象性特点2不需要介质传播，在真空中的传播速度等于光速（约等于c3×10⁸m/s）种类3无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等光学现象反射光从一种介质射到另一种介质的界面上，一部分光返回原来介质中的现象折射光从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象衍射光波绕过障碍物或通过小孔时，传播方向发生偏离直线传播的现象几何光学透镜棱镜反射镜利用光的折射成像的光利用光的折射和色散现利用光的反射成像的光学元件，分为凸透镜和象的光学元件学元件，分为平面镜、凹透镜凸面镜和凹面镜波动光学光的干涉光的衍射12两列或多列光波叠加时，在某光波绕过障碍物或通过小孔时些区域光强加强，在另一些区，传播方向发生偏离直线传播域光强减弱的现象的现象光的偏振3光波的振动方向具有一定规律的现象光的干涉与衍射衍射条件2障碍物或孔的尺寸与光的波长相近或小于光的波长干涉条件1两列光的频率相同、相位差恒定、振动方向相同应用全息摄影、光学仪器设计等3现代物理基础量子力学研究微观粒子运动规律的物理学理论，描述了微观世界的波粒二象性、不确定性关系等相对论研究高速运动和强引力场中时空性质的物理学理论，包括狭义相对论和广义相对论量子力学导论波粒二象性1微观粒子既具有波动性，又具有粒子性不确定性关系2微观粒子的位置和动量不能同时精确测定，ΔxΔp≥ħ/2概率解释3微观粒子的状态用波函数描述，波函数的模的平方表示粒子在某点出现的概率密度光电效应定义光照射到金属表面时，金属中的电子吸收光子的能量而逸出金属表面的现象爱因斯坦光电效应方程，其中为普朗克常量，为光的频率，为金属Ek=hν-W hνW的逸出功应用光电管、太阳能电池等原子结构原子核电子能级由质子和中子组成，几带负电的粒子，围绕原电子只能在特定的能级乎占据了原子的全部质子核运动上运动，能量不连续量核物理基础核力放射性12维系原子核内部质子和中子之某些原子核自发地放出射线（间的强大作用力如射线、射线、射线）的αβγ现象核反应3原子核受到粒子轰击而发生变化的现象，如核裂变和核聚变粒子物理简介相互作用基本粒子之间通过四种基本相互作用（2强相互作用、弱相互作用、电磁相互作基本粒子用和引力相互作用）发生相互作用1构成物质的最基本单元，如夸克、轻子等标准模型3描述已知基本粒子和相互作用的理论相对论基础狭义相对论研究在惯性参考系中高速运动的时空性质的理论，提出了时间膨胀、长度收缩等效应广义相对论研究在非惯性参考系和强引力场中时空性质的理论，提出了引力是时空弯曲的表现，预言了黑洞、引力波等现象狭义相对论时间膨胀1相对于静止的观察者，高速运动的时钟变慢长度收缩2相对于静止的观察者，高速运动的物体在运动方向上长度缩短质能方程3，能量和质量可以相互转换E=mc²广义相对论引力场方程描述物质分布与时空弯曲之间关系的方程黑洞时空弯曲极端的区域，连光都无法逃脱引力波时空弯曲的涟漪，以光速传播。