普通物理教学课件

普通物理教学课件本课件为理工科本科生提供全面的物理学基础知识，系统介绍力学、热学、电磁学和光学等核心内容通过理论与实践相结合的方式，帮助学生建立物理思维模型，培养科学分析能力，为后续专业课程学习奠定坚实基础课程介绍与学习目标课程核心价值普通物理是理工科学生必修的基础课程，通过系统学习物理规律，掌握定量分析方法，建立科学的世界观本课程将帮助您理解自然界基本规律与相互作用•掌握物理建模思想与数学描述能力•培养严谨的实验态度与操作技能•提升解决实际问题的综合能力•为后续专业课程学习打下坚实基础•学习方法建议物理学习需要理论与实践并重课前预习了解章节结构，明确重点难点•课堂互动积极思考，及时解决疑问•课后练习通过习题巩固知识点•实验操作亲身体验物理规律，培养实验能力•小组讨论相互启发，加深理解•力学部分内容总览123运动学动力学能量理论研究物体运动的几何描述，不考虑产研究力与运动的关系，探讨运动产生从能量角度描述物理系统的行为生运动的原因的原因功与功率•参考系与坐标系牛顿三大定律••动能与势能•位移、速度、加速度各类力的特性（重力、弹力、摩擦••机械能守恒定律•力等）直线运动与曲线运动•碰撞与能量转换•动量与动量守恒圆周运动与简谐运动••刚体转动•力学是物理学的基础，也是整个课程的核心部分通过力学学习，您将建立起分析问题的基本框架和方法论，为后续热学、电磁学和光学等内容奠定基础我们将通过大量的实例和习题，帮助您掌握力学分析方法，并能够应用于解决实际问题质点运动与参考系参考系与坐标系参考系是描述物体运动的基础，它是被认为静止的物体系统坐标系则是在参考系中建立的数学工具，用于定量描述物体位置惯性参考系不受外力作用的参考系，物体符合牛顿第一定律•非惯性参考系加速运动的参考系，需引入惯性力•常用坐标系笛卡尔坐标系、极坐标系、球坐标系•位移、速度与加速度位移是矢量，表示位置变化；速度表示位移变化率；加速度表示速度变化率位移矢量•$\vec{r}=x\vec{i}+y\vec{j}+z\vec{k}$速度矢量•$\vec{v}=\frac{d\vec{r}}{dt}$加速度矢量•$\vec{a}=\frac{d\vec{v}}{dt}=\frac{d^2\vec{r}}{dt^2}$质点与刚体区别速度与加速度平均速度与瞬时速度平均速度描述一段时间内的整体运动特征，而瞬时速度则反映某一时刻的运动状态平均速度•$\vec{v}_{avg}=\frac{\Delta\vec{r}}{\Delta t}$瞬时速度•$\vec{v}=\lim_{\Delta t\to0}\frac{\Delta\vec{r}}{\Delta t}=\frac{d\vec{r}}{dt}$平均加速度与瞬时加速度加速度表示速度变化的快慢，是描述运动状态变化的重要物理量平均加速度•$\vec{a}_{avg}=\frac{\Delta\vec{v}}{\Delta t}$瞬时加速度•$\vec{a}=\lim_{\Delta t\to0}\frac{\Delta\vec{v}}{\Delta t}=\frac{d\vec{v}}{dt}$匀变速运动公式当加速度恒定时，可以导出以下运动学公式•$v=v_0+at$•$x=x_0+v_0t+\frac{1}{2}at^2$•$v^2=v_0^2+2ax-x_0$打点计时器实验打点计时器是测量速度和加速度的经典实验装置，通过在运动纸带上等时间间隔打下墨点，分析点间距离变化来研究物体运动规律直线运动与自由落体匀速直线运动自由落体运动当物体受到的合外力为零时，物体保持匀速直线运动或静止状态这是牛顿第一定律的直接体现自由落体是匀加速直线运动的特例，是物体在仅受重力作用下的运动在忽略空气阻力的情况下，所有物体无论质量大小都具有相同的加速度特征速度大小和方向都不变•数学表达常量，•$v=\text{}$$x=x_0+vt$图像特征图为斜线，图为水平线，图为零线•x-t v-t a-t匀加速直线运动当物体受到恒定合外力作用时，产生匀加速直线运动特征加速度大小和方向都不变•基本公式••$v=v_0+at$•$x=x_0+v_0t+\frac{1}{2}at^2$•$v^2=v_0^2+2ax-x_0$图像特征图为抛物线，图为斜线，图为水平线•x-t v-t a-t自由落体特性加速度（与物体质量、形状无关）•$g≈

9.8\text{m/s}^2$落体方程（初速度为零时）•$h=\frac{1}{2}gt^2$伽利略实验证明了不同质量物体在真空中自由落体加速度相同•实验数据曲线运动与抛体运动分解运动思想曲线运动可以分解为相互独立的分量运动，这是物理分析的重要方法对于平面运动，通常分解为水平和竖直两个方向的运动关键原理不同方向上的运动互不影响例如，抛体运动中，水平方向是匀速运动，竖直方向是匀加速运动抛体运动方程以原点为发射点，轴水平，轴竖直向上x y水平抛射（初速度₀仅水平方向）v•$x=v_0t$•$y=-\frac{1}{2}gt^2$抛物线方程•$y=-\frac{g}{2v_0^2}x^2$斜抛运动（初速度₀与水平方向成角度）vθ•$x=v_0\cos\thetat$•$y=v_0\sin\thetat-\frac{1}{2}gt^2$射程•$R=\frac{v_0^2\sin2\theta}{g}$最大高度•$H=\frac{v_0^2\sin^2\theta}{2g}$实例分析篮球投篮篮球投篮是典型的斜抛运动一名身高米的球员站在离篮筐水平距离米处投篮，篮筐高度为米

1.

8563.05物理分析确定初始条件假设出手点高度为米，则需要球上升米

1.

2.1Δh=

3.05-

2.1=

0.95建立坐标系以出手点为原点，水平向右为轴正方向，竖直向上为轴正方向

2.x y列出运动方程

3.•$x=v_0\cos\thetat$•$y=v_0\sin\thetat-\frac{1}{2}gt^2$求解参数当米，米时，求出最适合的初速度₀和角度

4.x=6y=

0.95vθ计算结果若初速度为米秒，投篮角度约为°，则可准确命中篮筐

8.5/40牛顿运动定律牛顿第一定律（惯性定律）牛顿第二定律（动力学基本定律）牛顿第三定律（作用力与反作用力定律）任何物体都保持匀速直线运动或静止状态，除非有外力迫使它改变运动状态物体加速度的大小与所受合外力成正比，与质量成反比，方向与合外力相同两个物体之间的作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在不同物体上惯性物体保持原有运动状态的性质数学表达或数学表达••$\vec{F}=m\vec{a}$$\vec{a}=\frac{\vec{F}}{m}$•$\vec{F}_{12}=-\vec{F}_{21}$惯性参考系牛顿定律成立的参考系适用范围质点或质点系统，速度远小于光速实例走路时脚对地面的作用力与地面对脚的支持力•••实例刹车时人体前倾，急转弯时物体滑向外侧单位力的单位是牛顿，火箭推进原理排出气体对火箭的反作用力使火箭加速••N1N=1kg·m/s²•典型例题受力分析动量守恒原理一个质量为的木块放在水平桌面上，受到水平拉力如果木块与桌面之间的动摩擦系数为，求木块的加速度动量是质量与速度的乘积2kg5N

0.2$\vec{p}=m\vec{v}$解析动量守恒定律在没有外力作用的系统中，总动量保持不变这是牛顿运动定律的重要推论分析受力木块受到重力、支持力、拉力、摩擦力

1.mg NF f竖直方向×

2.N=mg=2kg

9.8m/s²=

19.6N摩擦力×

3.f=μN=

0.

219.6N=

3.92N水平方向合力

4.F_net=F-f=5N-

3.92N=

1.08N根据牛顿第二定律

5.a=F_net/m=

1.08N/2kg=

0.54m/s²结论木块将以的加速度向拉力方向运动

0.54m/s²摩擦力与弹力问题摩擦力类型与特性弹力特性与弹性形变静摩擦力弹力是物体因形变而产生的恢复力，在许多物理问题中起着重要作用产生条件物体相对接触面无相对运动胡克定律•大小范围（为正压力）•0≤f_s≤μ_s·N N数学表达（为弹性系数，为形变量）•F=-kx kx方向阻碍相对运动趋势的方向•适用范围弹性限度内的形变•最大静摩擦力，其中为静摩擦系数•f_smax=μ_s·Nμ_s弹性势能•E_p=½kx²滑动摩擦力产生条件物体相对接触面有相对滑动•大小，其中为动摩擦系数•f_k=μ_k·Nμ_k特点动摩擦系数通常小于静摩擦系数•方向始终与相对运动方向相反•滚动摩擦力产生于物体滚动时•通常远小于滑动摩擦力•原理物体与支撑面的微变形导致•生活案例斜面问题将质量为的物体放在倾角为的斜面上，求物体开始下滑的临界角度mθ物理分析物体受力重力、支持力、静摩擦力

1.mg Nf_s沿斜面分解重力下，垂

2.F_=mg·sinθF_=mg·cosθ临界状态

3.f_smax=mg·sinθ动能定理与机械能守恒功与功率定义机械能守恒定律功的定义机械能是动能和势能的总和在只有保守力做功的系统中，机械能守恒力对物体所做的功等于力与位移的标量积势能形式•数学表达W=F·s·cosθ（θ为力与位移方向的夹角）•重力势能E_p=mgh（相对于选定的零势能面）•单位焦耳J，1J=1N·m•弹性势能E_p=½kx²（弹簧形变能量）特殊情况垂直于位移的力不做功；力方向与位移相反时，功为负•机械能守恒条件功率定义系统只受保守力作用（如重力、弹力）•功率是单位时间内做功的多少非保守力（如摩擦力）不做功或可忽略•数学表达数学表达•P=W/t=F·v·cosθ单位瓦特，•W1W=1J/sE_k1+E_p1=E_k2+E_p2实际应用功率是衡量机器效能的重要指标•或₁₁₂₂½mv²+mgh=½mv²+mgh动能定理物体所受合外力的功等于物体动能的变化数学表达₀•W=ΔE_k=½mv²-½mv²物理意义揭示了功与动能间的定量关系•应用分析变力作用下的物体运动•刚体与圆周运动刚体的基本概念圆周运动分析刚体是理想模型，假设组成物体的质点之间的相对位置不变刚体可以平移、转动或两者的组合圆周运动是物体沿圆周轨道运动的特殊曲线运动形式转动惯量基本物理量转动惯量是描述物体对转动惯性大小的物理量，类似于平移运动中的质量角位移（弧度）•θ角速度（弧度秒）•数学定义I=Σmᵢrᵢ²（质点系）或I=∫r²dm（连续体）•ω=dθ/dt/角加速度（弧度秒）单位•α=dω/dt/²•kg·m²线速度（与圆切线方向一致）物理意义表征物体抵抗转动状态改变的能力•v=ωr•向心加速度力矩大小力矩是使物体产生转动效应的物理量•a_n=v²/r=ω²r方向指向圆心•数学定义וM=r F=rF·sinθ物理意义使物体保持圆周运动所需的加速度•单位•N·m方向由右手定则确定•刚体转动定律类比牛顿第二定律M=Iα其中为合外力矩，为转动惯量，为角加速度M Iα万有引力与天体运动万有引力定律开普勒行星运动定律万有引力定律是由牛顿提出的，描述任意两个质点之间的引力关系轨道定律行星绕太阳运动的轨道是椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上

1.面积定律行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积数学表达式

2.周期定律行星绕太阳运动周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比

3.$F=G\frac{m_1m_2}{r^2}$开普勒定律可以从万有引力定律严格推导出来，是万有引力在天体运动中的直接体现其中引力大小•F万有引力常量，×⁻•G G≈

6.6710¹¹N·m²/kg²₁、₂两个物体的质量•m m两物体中心间距离•r引力场引力场强度（重力加速度）$g=G\frac{M}{r^2}$地球表面g≈

9.8m/s²引力势能$E_p=-G\frac{m_1m_2}{r}$零势能点位于无穷远处实验验证卡文迪许实验使用扭秤测量微小引力，首次精确测定了引力常量G人造卫星运动规律力学部分知识点总结基本概念与运动学动力学与牛顿定律参考系与坐标系的选择是解题第一步牛顿第一定律无外力作用时，物体保持静止或匀速直线运动状态••位移、速度、加速度之间的微积分关系牛顿第二定律，确定加速度方向与合力方向一致••F=ma匀变速直线运动三个基本公式₀，₀₀，₀₀牛顿第三定律作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在不同物体上•v=v+at x=x+v t+½at²v²=v²+2ax-x•曲线运动分解为独立的直线运动分量常见力的特点重力、弹力、摩擦力、张力等••圆周运动中的向心加速度动量守恒系统在无外力作用下，总动量保持不变•a=v²/r=ω²r•能量与功刚体与转动功的计算转动惯量•W=F·s·cosθ•I=∫r²dm动能定理合外力做功等于动能变化刚体转动的角动量守恒••机械能守恒只有保守力做功时，动能与势能之和不变力矩与角加速度关系••M=Iα功率单位时间内的做功率，刚体平衡条件合力为零且合力矩为零•P=W/t=F·v·cosθ•常见易错点解题步骤与方法力学综合应用混淆标量和矢量位移、速度、加速度、力等是矢量，需注意方向分析物理情境，明确已知量和待求量天体运动行星轨道、人造卫星•

1.•参考系选择不当不同参考系下物理量可能不同选择合适的参考系和坐标系工程应用桥梁设计、机械系统•

2.•受力分析不全面漏掉某些力或方向错误画出受力图，标明各力方向和大小日常现象交通工具、运动器材•

3.•误用机械能守恒存在非保守力做功时不适用根据具体问题选择合适的物理定律（牛顿定律、能量守恒等）生物力学人体运动、肌肉作用•

4.•忽略三维空间某些问题需考虑三维效应列方程求解，注意单位换算•

5.检验结果的合理性，考虑特殊或极限情况

6.力学是物理学的基础部分，掌握好力学的基本概念和规律，对于理解后续的热学、电磁学和光学等内容至关重要在解决力学问题时，建议从基本物理概念出发，运用定量分析方法，灵活应用各种物理定律和守恒律热学部分内容总览分子动理论解释物质微观结构和宏观性质的理论，说明温度本质是分子平均动能的表现，压强温度与热量源于分子碰撞温度是表征物体冷热程度的物理量，热量是能量的一种形式核心概念包括热容、比热容和热传递的三种方式（传导、对流、辐射）气体定律理想气体状态方程，玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律等特殊气PV=nRT-体定律及其应用相变与潜热物质状态变化（固液气）过程中的能量转换，潜热、蒸发、凝结、熔化、凝固等--热力学定律现象的物理解释热力学第一定律（能量守恒），热力学第二定律（熵增原理），熵与无序度，热力学过程分析热学与其他学科的联系热学理论在多个领域有广泛应用工程热力学发动机、制冷系统设计•材料科学热膨胀、热应力分析•化学热力学化学反应热效应•生物物理生物体温调节机制•地球科学大气环流、海洋温盐环流•宇宙学宇宙背景辐射、恒星演化•温度与热量温标系统热量传递方式摄氏温标°热传导C定义冰点为°，水沸点为°（标准大气压下）机制通过物质分子间的相互作用传递热量•0C100C•日常生活中最常用的温标特点需要介质，无宏观物质流动••适用范围日常温度测量傅里叶定律••q=-k·dT/dx例子金属棒导热，建筑物墙壁隔热开尔文温标•K热对流定义绝对零度为，对应°•0K-

273.15C°机制通过流体宏观流动传递热量•TK=t C+

273.15•特点热力学基本温标，无负值特点需要流体介质，有宏观物质流动••适用范围科学研究和理论计算牛顿冷却定律••q=h·A·Ts-T∞例子空气对流，水的自然循环其他温标•热辐射华氏温标°°°•F tF=

1.8t C+32兰氏温标°绝对温标，但单位与华氏度相同机制通过电磁波传递热量•R•特点不需要介质，可在真空中传播热量与比热••斯特藩-玻尔兹曼定律E=σT⁴热量是能量的一种形式，用符号表示，单位为焦耳Q J例子太阳辐射，红外热像•比热容单位质量物质温度升高所需的热量1K数学表达•c=Q/m·ΔT单位•J/kg·K水的比热容，较大•c≈4200J/kg·K热量测定实验案例使用量热器测定金属的比热容将已知质量₁的金属加热到温度₁

1.m T将金属放入已知质量₂、温度₂的水中

2.m T测量最终平衡温度

3.T气体的性质与状态方程理想气体状态方程气体动理论基本方程理想气体状态方程是描述气体宏观性质之间关系的基本方程从微观角度解释气体压强的来源数学表达式压强，其中为气体密度，为分子平均平方速度•$P=\frac{1}{3}\rho\overline{v^2}$ρ$\overline{v^2}$分子平均平方速度，其中为玻尔兹曼常数，₀为分子质量•$\overline{v^2}=\frac{3kT}{m_0}$k m或$PV=nRT$$PV=\frac{m}{M}RT$分子平均动能，表明温度是分子平均动能的宏观表现•$\overline{\varepsilon_k}=\frac{3}{2}kT$其中气体压强（）•P Pa气体体积（）•V m³物质的量（）•n mol普适气体常数，•R

8.31J/mol·K热力学温度（）•T K气体质量（）•m kg气体的摩尔质量（）•M kg/mol理想气体模型假设气体分子体积可忽略不计•分子间无相互作用力•分子运动完全无规则，满足牛顿力学•分子间碰撞为完全弹性碰撞•气体特殊定律玻意耳定律（等温过程）常量（不变时）$PV=\text{}$T查理定律（等压过程）常量（不变时）$\frac{V}{T}=\text{}$P盖吕萨克定律（等容过程）-常量（不变时）$\frac{P}{T}=\text{}$V熵与热力学第

一、第二定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的表述，揭示了热量、内能和功之间的关系热力学第二定律描述了自然过程的方向性，引入熵的概念来度量系统的无序程度数学表达式克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传递到高温物体$\Delta U=Q+W$其中开尔文表述•ΔU系统内能变化不可能从单一热源吸取热量，将其完全转化为功，而不产生其他影响系统吸收的热量•Q熵的定义与性质环境对系统做的功•W熵变（可逆过程）•$\Delta S=\int\frac{dQ}{T}$注意在很多教材中使用形式，这里表示系统对环境做的功$\Delta U=Q-W$W熵增原理孤立系统的熵总是增加的，•$\Delta S\geq0$物理意义熵是状态函数，只与系统状态有关，与过程无关•熵反映系统的无序程度或信息量内能是系统的状态函数，只与系统状态有关，与过程无关••热量和功是过程量，描述能量传递的方式•能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式•热力学基本过程等温过程常量，，T=ΔU=0Q=-W等容过程常量，，V=W=0Q=ΔU等压过程常量，，P=W=PΔV Q=ΔU+PΔV绝热过程，Q=0ΔU=W电磁学部分内容总览12静电场恒定电流研究静止电荷产生的电场及其性质研究稳定电流及其产生的效应库仑定律欧姆定律••电场强度和电势基尔霍夫定律••高斯定律焦耳定律••电容器和电介质电路元件与分析••34磁场电磁感应研究电流和磁体产生的磁场研究变化磁场产生电场的现象磁感应强度法拉第电磁感应定律••毕奥萨伐尔定律自感与互感•-•安培力和洛伦兹力涡流与磁滞现象••磁材料性质变压器原理••麦克斯韦方程组简介麦克斯韦方程组是电磁理论的基础，统一了电场和磁场，揭示了电磁波的存在四个基本方程高斯电场定律

1.$\oint\vec{E}\cdot d\vec{A}=\frac{Q}{\varepsilon_0}$高斯磁场定律

2.$\oint\vec{B}\cdot d\vec{A}=0$法拉第电磁感应定律

3.$\oint\vec{E}\cdot d\vec{l}=-\frac{d\Phi_B}{dt}$安培麦克斯韦定律

4.-$\oint\vec{B}\cdot d\vec{l}=\mu_0I+\mu_0\varepsilon_0\frac{d\Phi_E}{dt}$物理意义电荷产生电场•不存在磁单极子•变化的磁场产生电场•静电场与库仑定律库仑定律电势差与能量关系库仑定律描述两个点电荷之间的相互作用力电势是电场中的标量函数，描述单位电荷在电场中具有的电势能数学表达式电势定义单位正电荷从无穷远处移动到某点所做的功$F=k\frac{|q_1q_2|}{r^2}$其中$V=-\int_{\infty}^{r}\vec{E}\cdot d\vec{l}$电荷间的作用力大小点电荷电势•F•k库仑常数，k=9×10⁹N·m²/C²$V=k\frac{q}{r}$₁，₂两个电荷量•q q电势差与电场强度关系两电荷间距离•r（电场强度是电势的负梯度）力的方向同种电荷相斥，异种电荷相吸$\vec{E}=-\nabla V$能量关系电场强度电荷在电势差₁₂间移动获得的能量q V-V电场强度是描述电场的基本物理量，定义为单位正电荷在该点受到的电场力点电荷电场$W=qV_1-V_2$$\vec{E}=k\frac{q}{r^2}\vec{r_0}$其中₀是从电荷指向场点的单位矢量r电场叠加原理多个电荷产生的合电场强度等于各电荷单独产生的电场强度的矢量和$\vec{E}=\vec{E_1}+\vec{E_2}+...+\vec{E_n}$电路与电流欧姆定律串、并联电路欧姆定律是描述导体中电流、电压和电阻关系的基本定律串联电路基本形式总电阻•$R=R_1+R_2+...+R_n$电流相同•$I_1=I_2=...=I_n=I$$I=\frac{U}{R}$电压分配•$U=U_1+U_2+...+U_n$其中并联电路电流，单位安培•I A总电阻电压，单位伏特•$\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+...+\frac{1}{R_n}$•U V电压相同电阻，单位欧姆•$U_1=U_2=...=U_n=U$•RΩ电流分配•$I=I_1+I_2+...+I_n$微分形式$\vec{j}=\sigma\vec{E}$其中为电流密度，为电导率，为电场强度jσE焦耳定律，电流通过电阻产生的热功率$P=I^2R=UI$基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律（）KCL任何节点中流入的电流等于流出的电流总和$\sum I_{in}=\sum I_{out}$基尔霍夫电压定律（）KVL闭合回路中电压降的代数和为零$\sum U=0$家用电路安全常识磁场与电磁感应毕奥萨伐尔定律法拉第电磁感应定律-毕奥萨伐尔定律描述电流元产生的磁场电磁感应是变化的磁场产生电场的现象，是电动机、发电机等设备的工作原理基础-数学表达式法拉第定律闭合回路中的感应电动势等于穿过该回路的磁通量变化率的负值$d\vec{B}=\frac{\mu_0}{4\pi}\frac{Id\vec{l}\times\vec{r}}{r^3}$其中$\mathcal{E}=-\frac{d\Phi_B}{dt}$电流元在空间某点产生的磁感应强度其中为磁通量，•dBΦB$\Phi_B=\int\vec{B}\cdot d\vec{A}$₀真空磁导率，×⁻•μ4π10⁷T·m/A楞次定律电流强度•I感应电流的方向总是阻碍产生感应电流的磁通量变化电流元长度•dl电流元到场点的距离矢量•r常见电流分布的磁场长直导线•$B=\frac{\mu_0I}{2\pi r}$圆环中心•$B=\frac{\mu_0I}{2R}$螺线管内部（为单位长度匝数）•$B=\mu_0nI$n电流和磁场关系实验安培力实验两平行导线通电后相互作用同向电流相吸，反向电流相斥洛伦兹力实验带电粒子在磁场中运动时受到的力$\vec{F}=q\vec{v}\times\vec{B}$应用阴极射线管、质谱仪、回旋加速器等交流电与实验应用正弦交流电基本公式变压器与电能传输交流电表达式变压器原理变压器是基于电磁感应原理工作的静止电气设备，用于改变交流电的电压$i=I_m\sin\omega t+\varphi_i$$u=U_m\sin\omega t+\varphi_u$其中电流、电压最大值（幅值）•Im,Um角频率，•ωω=2πf频率，单位赫兹•f Hz初相位•φi,φu有效值，$I=\frac{I_m}{\sqrt{2}}$$U=\frac{U_m}{\sqrt{2}}$代表交流电产生的热效应等效于多大的直流电相位差$\varphi=\varphi_u-\varphi_i$电压和电流波形的相对位置纯电阻，电压电流同相•φ=0纯电感°，电流滞后电压•φ=90纯电容°，电流超前电压•φ=-90基本关系式交流电路元件特性$\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1}{N_2}=\frac{I_2}{I_1}$电阻其中（阻抗等于电阻值）$Z_R=R$₁₂原、副边电压•U,U电感₁₂原、副边线圈匝数•N,N₁₂原、副边电流•I,I（感抗与频率成正比）$Z_L=j\omega L$电能远距离输送电容电能传输损耗与电流平方成正比损P=I²R（容抗与频率成反比）$Z_C=\frac{1}{j\omega C}$电磁部分典型题解析电场与磁场综合例题实验设计思路例题带电粒子在电磁场中的运动实验验证电场力与电荷量成正比11一个电荷为、质量为的粒子以初速度进入匀强电场和垂直于电场的匀强磁场区域求粒子的运动轨迹实验目的验证库仑定律中电场力与电荷量成正比的关系+e mv EB解析实验设计

1.受力分析粒子受到洛伦兹力F=eE+v×B

1.构建平行板电容器，产生均匀电场

2.分解运动将运动分解为电场方向和垂直于电场的平面内

2.使用油滴实验装置，在电场中悬浮带电油滴

3.电场方向加速度a=eE/m，做匀加速直线运动

3.测量不同电荷量油滴的平衡条件

4.垂直平面做圆周运动，半径R=mv/eB

4.分析电场力与电荷量的关系合成运动螺旋上升的运动轨迹

5.数据处理绘制电场力与电荷量的关系图，验证线性关系F q例题法拉第电磁感应2一个矩形线圈（宽，长）以速度垂直穿过匀强磁场区域求穿过过程中线圈中的感应电动势a bv B解析计算磁通量变化率

1.dΦ/dt=B·a·v根据法拉第定律

2.ε=-dΦ/dt=-B·a·v当线圈完全进入或完全离开磁场区域时，磁通量不变，感应电动势为零

3.只有在进入和离开的过程中有感应电动势

4.光学部分内容总览1几何光学波动光学研究光的直线传播、反射和折射现象研究光的波动性特征光的直线传播光的干涉现象••光的反射定律杨氏双缝干涉实验••光的折射定律光的衍射现象••全反射现象单缝衍射••光学成像原理光栅原理••34光的偏振量子光学研究光波的横波特性研究光的粒子性特征自然光与偏振光黑体辐射••偏振片原理光电效应••马吕斯定律康普顿效应••布儒斯特定律光子概念••光学活性现象波粒二象性••光学发展历史光学理论的发展经历了几个重要阶段几何光学时期古代至世纪，以光线追踪为主

1.17波动光学时期世纪，杨、菲涅耳确立光的波动性

2.19电磁光学时期麦克斯韦证明光是电磁波

3.量子光学时期世纪初，普朗克、爱因斯坦开创光量子理论

4.20现代光学激光、非线性光学、光纤通信等新领域

5.光学理论的演变体现了物理学认识自然的渐进深化过程，每个阶段都建立在前人成果的基础上，又有质的突破光的几何光学反射定律与镜面应用折射定律与全反射现象反射定律折射定律（斯涅尔定律）反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射角等于入射角折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射角正弦值与入射角正弦值之比等于两介质折射率之比$\theta_r=\theta_i$$\frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{v_1}{v_2}$平面镜成像或$n_1\sin\theta_1=n_2\sin\theta_2$成像特点等大、等距、左右相反的虚像•像距与物距相等•$v=-u$像高与物高相等•$h=h$球面镜凸面镜总是成正立、缩小的虚像•广角视野，如道路转角镜、后视镜•凹面镜可成实像或虚像，取决于物距•物距大于焦距时成倒立缩小的实像•物距小于焦距时成正立放大的虚像•应用化妆镜、车灯反射镜、天文望远镜•镜面成像公式$\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}$放大率$m=-\frac{v}{u}=\frac{h}{h}$光的波动性杨氏双缝干涉实验衍射与日常现象关联杨氏双缝干涉实验是证明光具有波动性的经典实验，由英国物理学家托马斯杨于年首次进行光的衍射现象·1801实验装置当光波遇到障碍物或通过小孔时，会绕过障碍物边缘传播，这种现象称为衍射光源单色相干光源•单缝₀产生相干光束•S双缝₁和₂两个窄缝，间距为•S Sd观察屏距离双缝•D干涉条纹在观察屏上形成明暗相间的条纹，表明光具有波动性条纹位置公式明条纹位置（±±）$x_m=\frac{m\lambda D}{d}$m=0,1,2,...暗条纹位置（±±）$x_m=\frac{m+\frac{1}{2}\lambda D}{d}$m=0,1,2,...其中为光波波长，为双缝到屏的距离，为双缝间距λD d条纹间距$\Delta x=\frac{\lambda D}{d}$条纹间距与波长成正比，与双缝间距成反比单缝衍射光通过宽度为的窄缝时产生的衍射图样a中央明条纹宽度•$\Delta x=\frac{2\lambda D}{a}$光的偏振与应用偏振现象解释偏振片应用实例偏振是光波横波特性的直接证据，表明光波振动具有特定的方向性光波的偏振状态自然光振动方向随机分布，各向同性•线偏振光振动方向限制在一个平面内•圆偏振光电场矢量端点在垂直于传播方向的平面内做圆周运动•椭圆偏振光电场矢量端点做椭圆运动•产生偏振光的方法选择性吸收如偏振片

1.反射在布儒斯特角入射时反射光为部分偏振光

2.双折射如方解石产生寻常光和非寻常光

3.散射如蓝天偏振

4.马吕斯定律眼镜当线偏振光通过偏振片时，透射光强度与入射光强度的关系3D利用偏振原理的眼镜是电影立体显示的重要技术$I=I_0\cos^2\theta$3D其中θ是入射偏振光的振动方向与偏振片透射轴之间的夹角•原理左右眼镜片使用垂直偏振方向的偏振片放映使用两台投影仪分别投射左右眼画面，经偏振处理•观看观众佩戴偏振眼镜，左右眼分别接收不同画面•立体效果大脑整合两幅稍有差异的图像，形成立体感知•其他偏振应用摄影偏振滤镜消除反光，增强色彩饱和度•显示屏液晶显示器利用偏振控制光的透过•LCD应力分析透明物体在应力下会产生双折射，通过偏振光可视化•偏振太阳镜减少反射眩光•光通信偏振复用技术增加数据传输容量•糖度测量利用旋光性测定糖溶液浓度•偏振在自然界中的现象近代物理初步量子假说与光电效应相对论初步黑体辐射与量子假说经典物理学无法解释黑体辐射谱，普朗克于年提出量子假说1900能量量子化能量以最小单位量子的形式存在•能量公式，其中为普朗克常数•E=hνh•普朗克常数h≈

6.626×10⁻³⁴J·s光电效应光照射到金属表面，使电子逸出的现象经典理论预测光强越大，电子动能应越大•任何频率的光都应产生光电效应•光电效应应立即发生•实验结果电子最大动能与光强无关，与频率有关•存在截止频率，低于该频率不发生光电效应•光电效应几乎瞬时发生•爱因斯坦光量子理论年，爱因斯坦提出光量子（光子）概念解释光电效应1905光以量子（光子）形式传播•光子能量•E=hν光电效应方程•hν=W+E_k为金属的逸出功，为电子最大动能•W E_k全章知识结构与解题方法总结力学研究物体运动规律的基础部分，包括牛顿运动定律、能量守恒、动量守恒等核心概念热学2研究热现象及能量转换规律，包括热力学定律、分子动理论、气体状态方程等电磁学3研究电场、磁场及其相互作用，包括库仑定律、法拉第电磁感应、麦克斯韦方程组等光学研究光的传播规律与特性，包括几何光学、波动光学、光的偏振等现象近代物理5研究量子理论与相对论，揭示微观世界规律和时空本质各部分主要知识点归纳解题技巧与方法力学部分物理分析思路运动学位移、速度、加速度的关系和计算读题理解明确已知条件、未知量和物理情景•

1.牛顿运动定律惯性、、作用力与反作用力选择模型确定适用的物理模型和简化条件•F=ma

2.能量守恒与动量守恒解决复杂力学问题的有力工具应用定律选择合适的物理定律和公式•

3.刚体转动转动惯量、角动量、力矩数学处理严谨求解，注意单位一致性•

4.万有引力天体运动、卫星轨道结果分析检验结果的物理合理性•

5.热学部分常用解题技巧温度与热量比热容、热传递方式分解与合成将复杂问题分解为简单问题••理想气体状态方程及其应用对称性分析利用问题的对称性简化计算•PV=nRT•热力学定律能量守恒、熵增原理极限分析考虑特殊或极限情况验证解答••相变与潜热物质状态变化能量分析能量方法常比力学方法简便••图形辅助利用图形帮助理解和分析问题电磁学部分•展望与学习建议物理学与前沿科技联系实验能力提升途径物理学作为自然科学的基础学科，与现代科技有着密不可分的联系量子技术量子计算基于量子叠加和纠缠原理•量子通信利用量子态传递信息，绝对安全•量子传感超高精度测量，应用于医学成像•新能源技术核聚变模拟太阳能源产生过程•高效太阳能光电转换效率提升•超导材料零电阻传输电能•材料科学石墨烯二维材料革命•拓扑材料新型电子性质•超材料人工设计的特殊电磁性质材料•生物物理蛋白质折叠理解生命分子机制•脑科学神经元网络物理模型•医学成像核磁共振、射线断层扫描•X实验室实践基础实验掌握测量技术和数据处理方法•综合实验培养实验设计和分析能力•开放性实验锻炼创新思维和问题解决能力•研究性实验参与真实科研项目•虚拟实验物理模拟软件、等•PhET Algodoo数据分析工具、、•Origin MATLABPython在线虚拟实验室远程操作真实实验设备•。