跟我学物理网教学课件

跟我学物理网教学课件高中物理核心知识点全解析第一章力学基础概念导入物理学的研究对象与方法物理学是研究物质最基本的运动规律和相互作用的自然科学它通过观察、实验、理论分析和数学建模等方法，揭示自然界的客观规律物理学的研究范围从微观粒子到宇宙星系，是其他自然科学的基础运动与力的基本概念运动是物体位置随时间的变化在物理学中，我们关注物体的位置、速度、加速度等运动学量，以及引起运动变化的原因——力力是物体间的相互作用，可以改变物体的运动状态或形状物理量的测量与单位物理量是用来描述物理现象的可测量量每个物理量都有明确的定义和相应的单位国际单位制（SI）规定了七个基本单位米（长度）、千克（质量）、秒（时间）、安培（电流）、开尔文（温度）、摩尔（物质的量）和坎德拉（发光强度）运动的描述质点运动学位置、位移、速度、加速度定义位置物体在参考系中的具体方位，通常用坐标表示1位移s物体位置变化的矢量，表示起点到终点的有向线段速度v表示位移随时间变化的快慢，v=ds/dt加速度a表示速度随时间变化的快慢，a=dv/dt匀变速直线运动公式推导₀匀变速直线运动中，加速度a恒定，初速度为v，则₀v=v+at₀2s=v t+½at²₀v²=v²+2as₀s=½v+vt这些公式是通过微积分方法推导出来的，适用于所有匀变速直线运动运动图像分析位移-时间图像s-t图•斜率表示速度•曲线斜率变化表示加速度3•抛物线形状表示匀变速运动速度-时间图像v-t图•斜率表示加速度•图线下面积表示位移•直线表示匀变速运动运动学实验演示小球自由落体实验自由落体是研究匀变速直线运动的经典实验在忽略空气阻力的情况下，所有物体在地球表面附近的自由落体运动都是一种加速度恒为g≈

9.8m/s²的匀变速直线运动实验原理₀•初速度v=0•加速度a=g•下落高度h=½gt²•下落速度v=gt通过高速摄影技术，我们可以捕捉小球在不同时刻的位置，从而验证匀变速运动公式的正确性实验数据表明，物体下落的距离与时间的平方成正比，这完全符合理论预测图与图的对应关系v-t s-t在自由落体运动中•v-t图是一条斜率为g的直线牛顿第一定律与惯性惯性概念及生活实例惯性是物体保持运动状态不变的性质根据牛顿第一定律，任何物体都倾向于保持其静止状态或匀速直线运动状态，除非有外力作用于它生活中的惯性实例•急刹车时乘客向前倾•快速启动时乘客向后仰•甩干衣服时水珠飞出•敲打积雪的铁锹时雪自动掉落惯性质量与引力质量的区别•桌布快速抽出而杯盘不动的魔术牛顿第一定律的表述与意义惯性质量反映物体抵抗运动状态改变的能力，与物体的惯性成正比牛顿第一定律一个物体，如果没有力作用于它，要么保持静止状态，要么保持匀速直线运引力质量反映物体产生和受到引力作用的能力动状态虽然概念上不同，但大量精密实验表明，物体的惯性质量和引力质量在数值这一定律突破了亚里士多德运动需要力维持的错误观念，确立了惯性参考系的概念，为整个上是相等的（等效原理）这一发现是爱因斯坦广义相对论的基础力学体系奠定了基础牛顿第一定律实际上定义了力的概念力是改变物体运动状态的原因牛顿第二定律详解力与加速度的关系力的合成与分解F=ma牛顿第二定律表述物体的加速度与作用在物体上的合外力成力是矢量，具有大小和方向多个力作用时，需要进行矢量合正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相成同•同方向力直接相加数学表达式F=ma•反方向力相减取差其中，F是合外力N，m是物体质量kg，a是加速度m/s²•不同方向力使用平行四边形法则或三角形法则这个公式是经典力学的核心，它建立了力、质量和加速度三个力的分解是将一个力分解为两个或多个力的过程，常用于将力物理量之间的定量关系分解为相互垂直的分量，简化问题分析典型例题斜面上的受力分析物体在斜面上受到的力有•重力G=mg（垂直向下）•支持力N（垂直于斜面）•摩擦力f（平行于斜面，与运动方向相反）将重力G分解为平行于斜面和垂直于斜面两个分量₁•平行分量G=mg•sinθ₂•垂直分量G=mg•cosθ₁物体沿斜面运动的加速度a=G-f/m=g•sinθ-μg•cosθ牛顿第二定律是经典力学的核心定律，它不仅给出了力的精确定义，还提供了一种计算物体运动的方法在应用这一定律时，正确识别物体所受的全部力，并准确计算合力，是解决力学问题的关键记住，加速度总是与合力方向一致，这有助于我们判断物体的运动方向牛顿第三定律与相互作用作用力与反作用力实例牛顿第三定律当两个物体相互作用时，它们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₁₂₂₁公式表示F=-F实例分析•人走路时，脚向后推地面，地面给人的反作用力使人向前运动•划船时，桨向后推水，水给桨的反作用力推动船向前•火箭发射时，喷气向后，反作用力推动火箭向前•气球放气时，气体向后喷出，反作用力使气球向前飞生活中的牛顿第三定律体现牛顿第三定律在日常生活中无处不在•书本放在桌上，书对桌面的压力等于桌面对书的支持力反作用力的误区解析•游泳时，手臂向后推水，水给手臂的反作用力推动身体向前•枪炮发射时的后座力关于牛顿第三定律的常见误区•鸟类飞行时翅膀向下拍打空气，获得向上的反作用力误区一作用力和反作用力会相互抵消解析作用力和反作用力虽然大小相等、方向相反，但作用在不同物体上，因此不能相互抵消误区二只有接触才有作用力和反作用力解析非接触力（如引力、电磁力）同样遵循牛顿第三定律，例如地球吸引苹果的同时，苹果也吸引地球误区三作用力和反作用力必须同时存在章节小结与思考题123牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第三定律一个物体，如果没有力作用于它，要么保持静止状态，要么物体的加速度与合外力成正比，与质量成反比F=ma作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在不同物体保持匀速直线运动状态上关键概念力、质量、加速度关键概念惯性、惯性参考系关键概念作用力、反作用力、相互作用应用计算物体在各种力作用下的运动状态；解释为什么同应用说明为什么安全带能保护乘客安全；解释为什么行驶样的力作用在不同质量的物体上会产生不同的加速度应用解释火箭发射原理；分析游泳、划船等运动过程中的的车辆突然停止时物体会向前倾力学机制典型习题解析问题一个质量为1000kg的汽车以20m/s的速度行驶，当司机踩刹车时，汽车在5秒内停下来求1汽车的加速度；2刹车产生的制动力；3汽车停下来前行驶的距离解答₀1加速度a=v-v/t=0-20/5=-4m/s²2制动力F=ma=1000×-4=-4000N₀3距离s=v t+½at²=20×5+½×-4×5²=100-50=50m互动提问为什么火箭能飞行？第二章机械能与功功的定义与计算公式功是力使物体发生位移时所做的物理量，是力和位移在力方向上分量的乘积W=F•s•cosθ其中，W是功J，F是力N，s是位移m，θ是力与位移方向的夹角功的特点•是标量，只有大小没有方向•可以为正、为负或为零•力与位移方向相同时，cosθ=1，功最大•力与位移方向垂直时，cosθ=0，功为零功率及其单位功率是单位时间内所做的功，表示做功快慢的物理量P=W/t=F•v•cosθ其中，P是功率W，W是功J，t是时间s，v是速度m/s功率单位•瓦特W1W=1J/s•千瓦kW1kW=1000W•马力HP1HP≈746W功率反映了能量转化的速率，是衡量机器、发动机性能的重要指标动能与势能概念动能物体因运动而具有的能量，Ek=½mv²重力势能物体因位置而具有的能量，Ep=mgh弹性势能弹性体因形变而具有的能量，Ep=½kx²其中•m是质量kg•v是速度m/s•g是重力加速度m/s²•h是高度m•k是弹性系数N/m•x是形变量m能量守恒定律机械能守恒条件机械能守恒定律在只有重力、弹力等保守力做功的系统中，物体的机械能（动能与势能之和）保持不变数学表达式E=Ek+Ep=常量机械能守恒的条件生活中的能量守恒现象•系统仅受保守力作用（如重力、弹力）•非保守力（如摩擦力、空气阻力）不做功或做功可忽略•系统是封闭的，没有能量交换能量守恒原理在日常生活中随处可见保守力的特点沿闭合路径做功为零，功只与起点和终点位置有关，与路径无关跳水运动员从高台跳下时，重力势能转化为动能，速度越来越快能量转化实例摆的运动过山车在无动力驱动的情况下，利用势能与动能的相互转化完成惊险的行程最高点势能最大，动能最小；最低点动能最大，势能最小单摆运动是机械能守恒的典型例子弹簧玩具压缩弹簧时，外力对弹簧做功，储存为弹性势能；释放时，弹性势能转化为动能•最高点动能为零，势能最大荡秋千秋千摆动过程中，重力势能和动能不断转化，但总机械能近似守恒•最低点动能最大，势能为零•中间位置动能和势能同时存在摆在往复运动过程中，动能和势能不断相互转化，但总机械能保持不变（假设忽略空气阻力和摩擦）100%

9.8½mv²能量守恒效率地球重力加速度动能公式m/s²理想情况下的能量转换效率，实际系统中因非保守力做功会小于100%计算重力势能变化的关键参数动量与冲量动量定义及计算冲量与动量定理动量是描述物体运动状态的物理量，定义为质量与速度的乘冲量是力在一段时间内对物体作用效果的度量积I=Ft（力恒定时）p=mvI=∫F•dt（力变化时）其中，p是动量kg•m/s，m是质量kg，v是速度m/s其中，I是冲量N•s，F是力N，t是时间s动量定理物体所受冲量等于物体动量的变化量动量是矢量，方向与速度方向相同动量的大小反映了物体₀Ft=mv-mv=Δp运动的猛烈程度，质量大或速度快的物体，动量大这一定理是牛顿第二定律的另一种表述形式碰撞类型及动量守恒碰撞是两个或多个物体的相互作用过程根据动能是否守恒，碰撞分为•弹性碰撞动量守恒，动能守恒•非弹性碰撞动量守恒，动能不守恒•完全非弹性碰撞动量守恒，碰撞后物体粘在一起运动动量守恒定律在没有外力作用的封闭系统中，系统的总动量保持不变₁₁₂₂₁₁₂₂m v+m v=m v+m v动量与冲量是分析力学问题的重要工具，特别适用于分析碰撞、爆炸等短时间内力很大的问题动量守恒定律是自然界最基本的守恒定律之一，与能量守恒定律共同构成了分析物理系统的强大工具在应用动量守恒定律时，必须注意系统的选择，确保系统外部没有力作用，或外力的作用可以忽略动量是矢量，在计算时必须考虑方向在二维或三维碰撞中，需要分别应用x方向和y方向的动量守恒方程经典碰撞实验分析弹性碰撞与非弹性碰撞对比碰撞是研究动量守恒和能量转换的理想模型在实验中，我们通常使用钢球、弹性球或粘性球来模拟不同类型的碰撞弹性碰撞特点₁₁₂₂₁₁₂₂•动量守恒m v+m v=m v+m v₁₁₂₂₁₁₂₂•动能守恒½m v²+½m v²=½m v²+½m v²•例子理想的原子核碰撞、完美弹性球碰撞非弹性碰撞特点₁₁₂₂₁₁₂₂•动量守恒m v+m v=m v+m v•动能不守恒部分动能转化为内能（热能、声能等）•例子汽车碰撞、软球碰撞完全非弹性碰撞特点₁₁₂₂₁₂•动量守恒m v+m v=m+m v•碰撞后物体粘合在一起，共同运动•例子子弹射入木块、湿粘土球碰撞实验数据与理论验证一次典型的一维碰撞实验数据参数碰撞前碰撞后球1质量

0.5kg

0.5kg球2质量

0.5kg

0.5kg球1速度2m/s0m/s球2速度0m/s2m/s总动量1kg•m/s1kg•m/s总动能1J1J实验验证在理想弹性碰撞中，如果两球质量相等，则碰撞后它们会交换速度如果一个球初始静止，另一个球碰撞后会停下，而静止的球获得与入射球相同的速度实验结果与理论预测吻合度高达98%以上第三章热学基础温度与热量的区别热胀冷缩现象及应用热力学第一定律简介温度是表示物体冷热程度的物理量，反映分子热运动的剧烈程度热胀冷缩是大多数物质加热时体积增大、冷却时体积减小的现象热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的表现形式，表明系统内能的变化等于系统吸收的热量与系统对外做功的差温度单位原因温度升高时，分子热运动加剧，分子间平均距离增大₀ΔU=Q-W•摄氏度℃以水的冰点为0℃，沸点为100℃线膨胀系数α=ΔL/L•ΔT₀其中，ΔU是内能变化，Q是系统吸收的热量，W是系统对外做功•开尔文K绝对温标，0K为绝对零度，K=℃+

273.15体膨胀系数β=ΔV/V•ΔT物理意义热量是能量的一种形式，表示物体因温度差异而传递的能量应用实例•能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一种形式转变为另热量单位焦耳J，与机械能单位相同•双金属片温度计和温控器一种形式温度是状态量，热量是过程量；温度是物体内在特性，热量是物体间传递•桥梁伸缩缝设计•热能可以完全转化为机械能，但不可能从单一热源获取热量并将其的能量•玻璃和金属封接技术完全转化为功•精密测量中的温度补偿•否定了永动机的可能性热学是研究热现象及其规律的物理学分支，它与我们的日常生活密切相关从天气变化到烹饪食物，从建筑设计到工业生产，热学原理无处不在理解温度与热量的区别是学习热学的基础——温度是物体热状态的表征，而热量是物体间传递的能量热胀冷缩现象在工程应用中尤为重要例如，长距离输油管道必须考虑温度变化带来的长度变化；精密仪器需要恒温环境以避免热胀冷缩引起的测量误差；建筑物的设计必须考虑季节温差带来的材料膨胀与收缩热传导、对流与辐射三种热传递方式介绍热量传递是指能量因温度差而从高温区域向低温区域转移的过程自然界中热量传递主要有三种方式热传导热量在物质内部从高温区域传递到低温区域，而物质本身不发生宏观运动的热传递方式•热传导特点需要物质媒介，不伴随物质的宏观移动•传热快慢取决于材料的导热系数•传热公式Q=λA•ΔT•t/d•金属是良导体，气体和真空是热的不良导体对流流体因温度不均而产生密度差，引起宏观运动，从而传递热量的方式•对流特点必须有流体，伴随物质的宏观移动•分为自然对流（密度差引起）和强制对流（外力引起）•液体和气体中的主要传热方式辐射物体以电磁波形式向外传递能量的方式•辐射特点不需要介质，可在真空中传播•与物体表面性质和温度有关•辐射强度与物体绝对温度四次方成正比（斯特藩-玻尔兹曼定律）生活中的热传递实例•黑体是理想辐射体热传导实例•金属勺放入热汤中，手柄变热•冰箱冷冻室的冷量传递到食物•触摸不同材料时的冷热感不同对流实例•房间加热器周围空气循环•海陆风的形成•水在烧开时的沸腾现象•暖气片和散热器的工作原理辐射实例•太阳能传递到地球•电暖器的红外辐射•微波炉加热食物•热感应相机检测温度实验演示热传导速度比较实验目的比较不同材料的导热性能实验装置等长等粗的不同材料棒（铜、铝、铁、玻璃、木材），一端同时加热，另一端涂上相同的蜡理想气体状态方程波义耳定律Boyles Law当温度T恒定时，理想气体的压强P与体积V的乘积恒定PV=常量T恒定查理定律Charless Law当压强P恒定时，理想气体的体积V与绝对温度T成正比V/T=常量P恒定盖吕萨克定律-Gay-Lussacs Law当体积V恒定时，理想气体的压强P与绝对温度T成正比P/T=常量V恒定理想气体状态方程整合上述三个定律，得到理想气体状态方程PV=nRT其中•P是气体压强Pa•V是气体体积m³•n是气体的物质的量mol•R是气体常数

8.31J/mol•K•T是绝对温度K典型计算题讲解问题一个密闭容器中装有2摩尔氮气，初始状态下温度为27℃，压强为1个大气压（约101325Pa）如果将温度升高到127℃，同时体积减小到原来的一半，求最终的压强解答₁₁₂₂₁已知n=2mol,T=27+

273.15=

300.15K,P=101325Pa,T=127+

273.15=

400.15K,V=V/2根据理想气体状态方程PV=nRT₁₁₁初始状态P V=nRT₂₂₂最终状态P V=nRT₂₁₁₂₂₁两式相除P/P=V/V•T/T₂₁₁代入数据P/101325=V/V/2•

400.15/

300.15₂简化P/101325=2•

400.15/

300.15=2•

1.33=

2.66₂最终P=101325•

2.66=269525Pa≈

2.66个大气压第四章电学基础电场电荷电场是电荷周围的特殊区域，任何进入该区域的电荷都会受到力的作电荷是物质的基本属性之一，有正负两种用•同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引•电场强度E单位正电荷所受的电场力•电荷守恒孤立系统中电荷总量不变•电场线表示电场方向和强度的虚线•电荷量子化电荷总是基本电荷e的整数倍⁻⁹•电场线从正电荷指向负电荷•基本电荷e=

1.602×10¹C•电场线密度表示电场强度大小库仑定律电势与电势能库仑定律描述了点电荷之间的相互作用力₁₂F=k•|q•q|/r²电势单位正电荷在电场中某点的电势能，单位为伏特V其中电势能电荷在电场中具有的势能，Ep=qV•F是电荷间的作用力N电势差（电压）两点间的电势差，ΔV=ΔEp/q₁₂•q、q是电荷量C电场中的电势分布可用等势面表示，电场线垂直于等势面•r是电荷间距离m⁹•k是库仑常数9×10N•m²/C²电学是研究电荷及其相互作用的物理学分支，它是现代科技的理论基础之一电荷是物质的基本属性，存在于所有原子中通常情况下，物体中正负电荷数量相等，表现为电中性；当正负电荷分离时，物体就带电了电场是描述电荷相互作用的物理模型每个电荷都会在其周围建立电场，另一个电荷进入这个电场后会受到力的作用电场强度定义为单位正电荷所受的电场力，它是一个矢量，方向规定为正电荷所受力的方向库仑定律是电学的基本定律，它揭示了电荷间作用力与电荷量的乘积成正比，与距离平方成反比的规律这一定律与牛顿万有引力定律在数学形式上相似，但作用性质不同——引力总是吸引力，而电力可以是吸引力也可以是排斥力电路基础知识电流、电压、电阻定义电流单位时间内通过导体截面的电量，I=Q/t，单位是安培A电流方向规定为正电荷流动的方向，与实际电子流动方向相反电压电场中两点之间的电势差，驱动电流的电压力，U=W/Q，单位是伏特V电压是电荷在电场中移动的能量来源电阻导体阻碍电流通过的特性，R=U/I，单位是欧姆Ω影响电阻的因素•材料电阻率R=ρL/S•导体长度L R正比于L•导体截面积S R反比于S•温度大多数金属电阻随温度升高而增大欧姆定律及其实验验证欧姆定律在恒温条件下，导体中的电流与两端电压成正比，与电阻成反比I=U/R或U=IR实验验证使用可调电源、电流表、电压表和被测电阻，在不同电压下测量电流，绘制I-U图像如果是欧姆导体，图像应为过原点的直线电功与电功率电功计算公式电功是电流在导体中通过时所做的功，即电场力使电荷移动所做的功电功公式•W=UIt（电压恒定时）•W=I²Rt（电流恒定时）•W=U²t/R（电阻恒定时）⁶电功的单位是焦耳J，1kW•h=

3.6×10J电功表示电能转化为其他形式能量的数量，如热能、机械能、光能等电功率的意义与单位电功率是单位时间内的电功，表示电能转化为其他形式能量的快慢电功率公式•P=W/t=UI•P=I²R•P=U²/R电功率单位瓦特W，1W=1J/s常用单位•1千瓦kW=1000W⁶•1兆瓦MW=10W⁹•1吉瓦GW=10W电器功率标称值表示它在额定电压下的最大功率家庭用电安全知识电安全的基本原则•防止人体成为电路的一部分•确保电器正确接地•使用额定电流合适的保险丝或断路器•防止电路过载安全用电措施•使用带有漏电保护器的电路•避免湿手触摸电器或开关•不要在高压线附近放风筝•雷电天气不要在空旷处使用手机•不要使用已经损坏的电器和电线•发生触电事故时，应立即切断电源，不要直接接触触电者电功与电功率是电学中的重要概念，它们描述了电能转化为其他形式能量的过程电流通过导体时，会对电荷做功，这个功就是电功电功率则表示单位时间内的电功，反映了电能转化的速率磁学初步磁场与磁感应强度磁场是磁体或电流周围的特殊区域，任何进入该区域的磁体或载流导体都会受到力的作用磁感应强度B描述磁场强弱的物理量，是一个矢量，方向规定为小磁针N极所指的方向⁻⁵磁感应强度单位特斯拉T，1T是很强的磁场，地球磁场约为5×10T磁场的特点•磁场线是闭合曲线，没有起点和终点•磁场线从磁体N极出发，经过外部空间进入S极•磁场线密度表示磁场强弱•磁场线互不交叉磁力的方向与大小电流与磁场的关系磁力的方向可用左手定则确定电流周围会产生磁场，这是电与磁统一的表现•左手平放，四指指向电流方向直线电流产生的磁场•磁感线从手心穿入手背•大拇指所指方向即为导体所受磁力方向•磁场线是同心圆•磁场强度与电流成正比，与距离成反比磁力大小F=BILsinθ•磁场方向由右手螺旋定则确定其中圆形线圈电流产生的磁场•F是磁力N•线圈中心磁场最强•B是磁感应强度T•磁场线类似小磁针的磁场•I是电流A•L是导体在磁场中的长度m螺线管电流产生的磁场•θ是电流方向与磁场方向的夹角•内部磁场均匀，外部磁场类似条形磁铁•磁场强度与电流和线圈密度成正比•电磁铁的工作原理电磁感应现象法拉第电磁感应定律1电磁感应是磁通量变化引起导体中产生感应电动势和感应电流的现象法拉第电磁感应定律感应电动势大小等于磁通量变化率的负值感应电流的方向判断2ε=-dΦ/dt楞次定律感应电流的磁场总是阻碍引起感应的磁通量变化其中判断感应电流方向的步骤•ε是感应电动势V

1.确定原有磁通量的方向•Φ是磁通量Wb

2.判断磁通量的变化情况（增加或减少）•t是时间s

3.根据楞次定律，感应电流产生的磁场应阻碍这种变化•负号表示感应电动势的方向

4.用右手螺旋定则确定感应电流方向磁通量Φ=BA•cosα，其中B是磁感应强度，A是面积，α是B与面法线的夹角楞次定律体现了能量守恒定律，感应电流做功必须消耗能量应用实例发电机原理3发电机是将机械能转化为电能的装置，基于电磁感应原理工作工作过程

1.外力使线圈在磁场中旋转

2.线圈中的磁通量随角度变化

3.磁通量变化产生感应电动势

4.闭合电路中产生交流电发电机输出的电动势ε=NBA•ω•sinωt其中，N是线圈匝数，B是磁感应强度，A是线圈面积，ω是角速度电磁感应是电磁学中最重要的现象之一，它揭示了电和磁的统一性，为电能的生产和使用奠定了理论基础法拉第于1831年发现这一现象，此后麦克斯韦将其纳入电磁场理论，成为经典电磁学的基石电磁感应现象在现代技术中有广泛应用除了发电机外，变压器、电动机、感应炉、电磁炉、无线充电器等都利用了电磁感应原理尤其是变压器，它通过电磁感应实现电能的电压变换，是现代电力系统的核心设备第五章光学基础光的传播直线性光在均匀介质中沿直线传播，这是几何光学的基本假设直线传播的证据•光线投射形成清晰的影子•针孔成像原理•日食和月食现象光的传播速度⁸•真空中c=3×10m/s•介质中v=c/n，n是介质的折射率光的微粒性和波动性光具有二象性，既表现出微粒特性，又表现出波动特性反射定律与折射定律反射定律•入射光线、反射光线和法线在同一平面内•反射角等于入射角折射定律（斯涅尔定律）•入射光线、折射光线和法线在同一平面内•入射角正弦与折射角正弦之比等于折射率之比₁₂₂₁•sinθ/sinθ=n/n反射和折射是光与界面相互作用的两种基本现象，所有光学仪器的工作原理都基于这两个定律全反射现象及应用全反射是光从光密介质射向光疏介质时，当入射角大于临界角时，光线完全被反射，不发生折射的现象₂₁₁₂临界角sinθc=n/n（n n）全反射条件•光从光密介质射向光疏介质•入射角大于临界角全反射应用•光纤通信光在纤芯中多次全反射传播•棱镜利用全反射改变光路•钻石的闪耀光在钻石内部多次全反射•测距仪利用全反射原理测量距离光学是研究光的产生、传播和相互作用的物理学分支，它是人类最早系统研究的自然科学领域之一古代人对镜子、透镜等光学现象已有认识，但直到17世纪，牛顿和惠更斯才开始系统研究光的本质光的干涉与衍射双缝干涉实验介绍杨氏双缝干涉实验是证明光具有波动性的经典实验，由托马斯•杨于1801年首次完成实验装置•单色光源（如钠灯或激光）•第一个狭缝（形成相干光源）•两个平行狭缝（形成干涉图样）•观察屏干涉条件•相干光源频率相同，相位差恒定•光程差δ=d•sinθ•明纹条件δ=kλ（k=0,1,2,...）•暗纹条件δ=k+1/2λ干涉现象的物理解释光波在空间相遇时，遵循叠加原理，振幅相加当两列相干光波相位差为2kπ时，振幅增强，形成明纹；当相位差为2k+1π时，振幅减弱，形成暗纹衍射现象及其影响因素衍射是光绕过障碍物边缘或通过小孔时偏离直线传播的现象单缝衍射特点光学仪器中的应用•中央有一个明亮的主极大•两侧是交替出现的暗纹和次级明纹干涉和衍射现象在光学仪器中有广泛应用•暗纹位置sinθ=kλ/a k=±1,±2,...干涉应用影响衍射的因素•干涉滤光片利用薄膜干涉选择特定波长的光•波长波长越长，衍射效应越明显•迈克尔逊干涉仪精密测量长度和波长•缝宽/孔径缝宽越小，衍射效应越明显•光学镀膜减反射镀膜或增反射镀膜•屏距屏距越远，衍射图样越清晰•激光全息照相记录物体的三维信息衍射应用•衍射光栅分光装置，测量光的波长•X射线衍射分析晶体结构•光学分辨率确定光学仪器的极限分辨能力•光盘读取激光通过微小光斑读取信息光学仪器的分辨率限制衍射效应限制了光学仪器的分辨率，即使是完美的透镜，也无法分辨角距离小于θ=

1.22λ/D的两点，其中λ是波长，D是透镜口径这一现象被称为瑞利判据，是光学仪器设计的基本考虑因素现代物理简述量子力学入门量子力学是描述微观粒子行为的理论体系，20世纪初由普朗克、爱因斯坦、玻尔等人奠基基本概念狭义相对论基本原理•量子化能量等物理量不连续，以最小单位（量子）存在•波粒二象性微观粒子既表现出波动性，又表现出粒子性爱因斯坦1905年提出狭义相对论，彻底改变了人们对时间和空间的认识•测不准原理无法同时精确测量粒子的位置和动量两个基本假设•概率解释波函数描述粒子出现在某处的概率•相对性原理所有惯性系中的物理规律相同核心方程薛定谔方程，描述量子态随时间的演化•光速不变原理真空中光速在所有惯性系中相同经典物理与现代物理的区别主要结论经典物理（牛顿力学、电磁学等）与现代物理（相对论、量子力学）的主要区•时间膨胀运动钟比静止钟走得慢别•长度收缩运动物体在运动方向上收缩•适用范围经典物理适用于宏观、低速；现代物理适用于微观或高速•相对论动量p=mv/√1-v²/c²•确定性经典物理是确定性的；量子力学是概率性的•质能等价E=mc²•连续性经典物理中物理量连续变化；量子力学中某些物理量量子化•观测影响经典物理中观测不影响系统；量子力学中观测会改变系统状态两者关系在宏观、低速条件下，现代物理理论回归到经典物理（对应原理）现代物理学的发展彻底改变了人类对自然界的认识经典物理学认为，时间是绝对的，空间是欧几里得的，物理过程是确定的而现代物理学揭示，时间和空间是相互关联的四维时空，微观世界遵循概率规律，观测行为本身会影响物理系统的状态相对论的预言已被多次实验证实，如GPS系统必须考虑相对论效应才能保证定位精度；粒子加速器中的粒子寿命延长符合时间膨胀预测；原子弹和核电站的工作原理基于质能等价量子力学则是现代电子学、激光技术、核能利用、材料科学等领域的理论基础经典物理实验回顾迈克尔逊莫雷实验-1887年，迈克尔逊和莫雷设计了一个精密的干涉实验，试图测量地球相对于以太的运动实验原理•利用迈克尔逊干涉仪分束、反射和重合光束•如果存在以太，旋转干涉仪时应观察到干涉条纹移动实验结果•没有观察到预期的干涉条纹移动•表明光速在各个方向上都相同•否定了以太的存在•为爱因斯坦提出狭义相对论奠定了实验基础光电效应实验光电效应是指金属表面在光的照射下发射电子的现象实验现象•只有当光的频率大于某阈值时才能产生光电效应•光电子的最大动能与光强无关，只与光的频率有关•光电流强度与光强成正比•光电效应几乎是瞬时发生的爱因斯坦解释•光是由光子组成的，每个光子能量E=hν•光子能量必须大于金属的逸出功才能发射电子•爱因斯坦方程hν=W+1/2mv²这一解释确立了光的粒子性，爱因斯坦因此获得1921年诺贝尔物理学奖电子的波粒二象性德布罗意1924年提出物质波假说所有微观粒子都具有波动性波长公式λ=h/p=h/mv戴维森-革末实验

（1927）•电子束射向镍晶体•观察到电子的衍射图样•实验验证了电子的波动性物理学的应用与前沿半导体与电子技术固体物理简介新能源与物理创新半导体物理是现代电子技术的基础，从微处理器到太阳能电池都依赖于对半导固体物理研究固体的结构、性质和行为，是材料科学的理论基础物理学为能源技术创新提供了理论基础和技术支持体的深入理解研究内容太阳能半导体的特点•晶体结构原子排列的周期性•光电转换基于光电效应•导电性介于导体和绝缘体之间•能带理论解释固体的电学性质•光热转换利用黑体辐射原理•电导率随温度升高而增大•声子与热性质固体中的振动模式•效率提升量子点、多结电池等新技术•通过掺杂可形成P型和N型半导体•磁性与超导特殊的量子效应核能核心器件前沿研究•核裂变利用质能等价原理•晶体管基本开关和放大单元•高温超导体无电阻传输电流•核聚变模拟恒星内部的能量产生机制•集成电路将多个电子元件集成在一块半导体基片上•拓扑绝缘体表面导电、内部绝缘的新型材料•安全技术基于中子物理和材料科学•微处理器计算机的大脑•石墨烯单原子层碳材料，具有优异的电学、热学性能储能技术应用领域计算机、通信设备、消费电子、医疗设备、航空航天等应用新型材料、电子器件、能源转换、量子计算等•电化学电池锂离子、钠离子电池•超级电容基于电场储能•氢能清洁的能量载体现代科技的发展与物理学的进步密不可分半导体技术的发展使集成电路从最初几个晶体管发展到现在的数十亿个晶体管，计算能力提高了数百万倍摩尔定律预测集成电路上的晶体管数量每两年翻一番，这一趋势已持续半个多世纪，推动了信息革命固体物理学的发展催生了许多新型材料和器件超导体可以无损耗传输电流，广泛应用于强磁场生成、磁悬浮列车和精密测量；拓扑绝缘体展现出独特的表面电子态，有望用于量子计算；二维材料如石墨烯具有卓越的电学、热学和力学性能，为新一代电子器件提供了可能物理学习方法与技巧如何理解抽象概念物理题目解题思路实验操作注意事项物理学中的许多概念较为抽象，理解这些概念物理题目的解题不仅是套用公式，更重要的是物理实验是验证理论、培养实验技能的重要环的有效方法包括物理思维的运用节建立物理图像解题步骤实验前准备•将抽象概念具象化，如将电场想象为力

1.分析题意，明确已知量和求解量•明确实验目的和原理线

2.画出示意图，标出力、运动方向等•熟悉仪器功能和使用方法•使用类比，如电流-水流类比

3.选择合适的物理模型和定律•了解可能的误差来源•借助图形和图表，如位移-时间图、相图

4.建立方程，寻找物理量之间的关系•做好安全防护等

5.求解方程，得出结果实验操作要点多角度思考

6.检验答案的合理性，包括数值和单位•正确连接电路，注意极性•宏观与微观结合，如气体压强与分子碰撞常用技巧•合理选择量程，提高精度•定性与定量结合，先理解物理意义，再•选择合适的参考系和坐标系•多次测量，取平均值掌握数学表达•应用守恒定律（能量、动量、角动量）•记录完整数据，包括单位•历史发展视角，了解概念的提出背景和•分段处理复杂过程•观察细节，记录异常现象演变•考虑特殊点和特殊状态数据处理技巧实践验证•利用对称性简化问题•合理取有效数字•动手做实验，亲身体验物理现象•计算误差和不确定度•使用模拟软件，观察变量变化的效果•绘制图表，分析变量关系•设计思想实验，推理概念的逻辑含义•拟合曲线，验证理论模型物理学习不仅是记忆知识点，更重要的是培养物理思维物理思维的核心是理解物理规律的本质，能够将抽象的数学公式与具体的物理现象联系起来，并能灵活应用这些规律解决实际问题学习物理的过程中，概念理解是基础，公式推导是手段，问题解决是目标一个良好的学习策略应该包括预习新概念，课堂专注听讲，课后及时复习，做题巩固应用，定期系统回顾物理学习是一个循序渐进的过程，需要不断积累和反思课件总结与知识框架力学研究物体运动规律和相互作用的学科•运动学描述运动状态•动力学研究运动与力的关系•能量与功能量转化与守恒•动量与碰撞动量守恒定律热学研究热现象及其规律的学科•温度与热量热平衡与热传递2•热力学定律能量守恒与熵增•气体定律理想气体状态方程•热力学过程等温、等压、绝热过程电磁学研究电荷和电流相互作用的学科•静电学电场、电势3•电路欧姆定律、基尔霍夫定律•磁场磁感应强度、磁力•电磁感应法拉第定律、楞次定律光学研究光的产生、传播和相互作用的学科•几何光学反射、折射、成像•波动光学干涉、衍射、偏振•光的本质电磁波与光子•光学仪器望远镜、显微镜、光纤现代物理研究微观和高速现象的学科•相对论时空统

一、质能等价•量子力学波粒二象性、不确定性•原子与核物理原子结构、核反应•粒子物理基本粒子与相互作用重点难点回顾互动环节物理趣味问答物理冷知识经典物理谜题学生提问与答疑问为什么热水有时会比冷水更快结冰？问两个完全相同的杯子，一个装满水，一个装满相同密度的冰块当冰完全问为什么同样是金属，铝箔可以用来包裹食物，而铝块却不行？融化后，哪个杯子里的水位更高？答这被称为姆潘巴效应可能的解释包括热水蒸发减少了水量；热水中溶答这与热传导和热容有关铝的导热性很好，但铝箔非常薄，含有的物质很解气体更少；热水中对流更强；温度差导致的热力学非平衡效应等这一现象答水位相同冰融化后体积减小，但原本露出水面的部分融化后正好填补了少，热容很小，无法储存和传递大量热量而厚重的铝块能迅速从食物吸收大至今仍是物理学中的一个研究课题这个减小的体积这是阿基米德原理的应用浮在水中的冰排开的水的重量等量热量，导致食物快速冷却此外，铝箔的大表面积有利于辐射散热，进一步于冰的总重量减少了热传导的影响更多趣味物理问题问为什么冰在水中浮起来？大多数物质固态比液态密度大问为什么飞机能飞？答水分子在结冰时形成六角形晶格结构，这种结构比液态水占据更大空间，导致冰的密度比水小约8%这一特性对答飞机飞行依靠机翼产生的升力机翼的特殊形状使得气流在上表面速度更快，根据伯努利原理，气流速度快的区域地球生命至关重要——如果冰比水重，湖泊和海洋会从底部开始结冰，最终可能完全冻结压强小，形成压力差，产生向上的升力同时，机翼与气流的作用也可以用牛顿第三定律解释机翼向下推动气流，气流给机翼向上的反作用力问为什么夏天感觉金属比木头凉，冬天感觉金属比木头冷？问为什么高速行驶的汽车遇到侧风时不会横向滑动？答这与热传导率有关金属的热传导率远高于木头，夏天金属迅速带走皮肤热量，感觉凉爽；冬天金属迅速带走皮肤热量，感觉更冷木头是热的不良导体，不会迅速传导热量，所以感觉温度接近环境温度课后练习与拓展阅读123力学练习题电学练习题热学练习题₁₂₃一个质量为5kg的物体放在倾角为30°的斜面上，斜面与物体间的动摩擦系数为

0.2求如图所示的电路中，已知R=2Ω，R=4Ω，R=4Ω，电源电压E=12V，忽略内阻求一个密闭容器中装有2摩尔氮气（看作理想气体），初始状态下温度为27℃，压强为1个大气压（约101325Pa）若将温度升高到127℃，求1物体所受重力沿斜面方向的分量1电路的总电阻1气体压强变为多少？2物体所受摩擦力大小2电路中的总电流₂2若希望压强保持不变，容器体积应如何变化？3物体沿斜面下滑的加速度3流过R的电流解析解析解析₂₁₂₁₂₃₂₃₂₃1根据理想气体状态方程PV=nRT，体积不变时P/P=T/T1F_重力沿斜面=mg•sinθ=5×

9.8×sin30°=

24.5N1R与R并联R_并=R×R/R+R=4×4/4+4=2Ω₂₁₂₁₁P=P×T/T=101325×127+273/27+273=101325×400/300=135100Pa2F_摩擦=μ•N=μ•mg•cosθ=

0.2×5×

9.8×cos30°=

8.5N总电阻R_总=R+R_并=2+2=4Ω₂₁₂₁2压强不变时V/V=T/T=400/300=4/33a=F_重力沿斜面-F_摩擦/m=

24.5-

8.5/5=

3.2m/s²2总电流I=E/R_总=12/4=3A₂₂₃₂₃即体积应增加到原来的4/3倍，增加

33.3%3流过R的电流I=I×R/R+R=3×4/4+4=

1.5A参考书目与网络资源经典物理教材网络教育资源•《费恩曼物理学讲义》-理查德•费恩曼•中国大学MOOC搜索大学物理或高中物理•《大学物理学》-赵凯华、陈熙谋•学堂在线北京大学、清华大学物理课程•《物理学的新视界》-郭奕玲•Khan Academy免费的物理视频教程•《近代物理概论》-谢光中•PhET互动模拟科罗拉多大学提供的物理交互模拟•《高中物理解题方法与技巧》-李政道•MIT开放课程包括经典力学、电磁学等课程物理科普读物实用学习工具•《时间简史》-斯蒂芬•霍金•Tracker视频分析和建模工具•《宇宙的琴弦》-布莱恩•格林•Algodoo物理沙盒模拟软件•《上帝掷骰子吗？》-曹天元•GeoGebra数学和物理可视化工具•《物理世界奇遇记》-加来道雄•Desmos函数绘图和数据分析•《七堂极简物理课》-卡洛•罗韦利•物理公式App随时查阅物理公式实验视频与模拟软件推荐为了加深对物理概念的理解，建议观看以下实验视频和使用模拟软件经典实验视频推荐模拟软件•牛顿第一定律演示转盘上的硬币实验•PhET互动模拟包含力学、热学、电磁学、光学等多个模块，可以自由调节参数观察变化•弹性与非弹性碰撞对比实验•Algodoo物理沙盒游戏，可以创建复杂的物理场景•电磁感应现象探究视频•Circuit Simulator电路模拟器，可以搭建和测试各种电路•双缝干涉实验演示•Tracker视频分析工具，可以从视频中提取物体运动数据致谢与联系方式感谢观看，欢迎关注跟我学物理网亲爱的同学们，感谢你们认真学习本课件物理学是一门美丽而深刻的学科，它既解释自然现象，又构建了现代技术的基础希望通过这30张课件，你们已经对高中物理核心知识有了系统的了解物理学习是一个持续探索的过程，需要理论学习与实践操作相结合我们鼓励你•保持好奇心，对自然现象提出问题期待与你一起探索物理的奥秘！•培养实验精神，动手验证物理规律•建立物理思维，用物理眼光看世界跟我学物理网提供更多学习资源•发现物理之美，享受探索的乐趣课程反馈与建议渠道•物理题库与解析•实验操作视频教程我们非常重视你的学习体验和反馈如果你有任何问题、建议或需要进一步的学习支持，欢迎通过以下方式联系我们•高考物理专题讲解•物理竞赛培训材料•官方网站www.genwuxuewang.com•前沿物理科普文章•电子邮箱contact@genwuxuewang.com•物理学习方法指导•官方微信公众号跟我学物理•一对一在线答疑服务•学习交流QQ群123456789•课程评价表可在网站下载并填写关注我们的社交媒体平台，获取更多物理学习资讯和趣味科普内容我们会定期更新物理知识点、解题方法、实验技巧和科学新闻我们会认真对待每一条反馈，不断完善课程内容和教学方法，为同学们提供更优质的学习资源物理的世界广阔无垠，让我们一起探索，一起成长！提问交流资源共享欢迎随时提出物理学习中的疑问，我们的教师团队会及时解答定期更新学习资料、习题集和考试真题，助力你的物理学习学习社区视频讲解。