高中物理知识体系结构图及详解.doc

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、热学、光学、电磁学（电学和磁学）、原子物理学五大学科部分。必修1和2属于力学部分；选修3-1、3-2属于电磁学内容；选修3-4主要为光学；选修3-5主要为原子物理学，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、光电效应光的波粒二象性电磁波谱热学(初中物理)(选修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。力学知识结构体系力学部分包括静力学、运动学和动力学三部分PART I 静力学三种常见的力物体的平衡力的合成与分解 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，那几个力叫这个力的分力。 由分力求合力的运算叫力的合成；由合力求分力的运算叫力的分解。力的概念定义 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 大小、方向、作用点矢量性 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 力的作用效果表现在，使物体产生形变以及改变物体的运动状态两个方面。摩擦力重力 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， 。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。胡克定律F=kx，k称弹簧劲度系数。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 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：当物体受到几个力的作用时处于静止状态或匀速直线运动状态，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：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：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”与“相互作用力”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 运动力学直线运动曲线运动加速度方向与速度方向的关系 在直线运动中，若速度增加，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 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 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 描述物体运动时，在参考系上建立的适当的坐标系。时间、位移 描述质点运动的物理量。位移是矢量，时间是标量。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， m/s2。，矢量，m/s。运动的合成与分解 已知分运动求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 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 =m2r = m 匀速直线运动 vS/t变速直线运动 万有引力定律：； ； 适用范围：l 两个质点间的引力，R为两个质点间的距离l 两个质量分布均匀的球体之间的引力，R为两球心间的距离l 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： l 天体运动问题分析l 人造地球卫星l 宇宙速度平抛物体的运动 特点：初速度水平，只受重力。 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：水平方向 vx = v0，x=v0t 竖直方向 vy = gt， 合速度 与x正向夹角tg=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；绳上作用的弹力沿着绳的收缩方向。速度规律 vtv0 +at 位移规律 速度位移关系 自由落体运动速度规律 vtgt 位移规律 速度位移关系 非匀变速直线运动 平均速度、瞬时速度机械振动简谐运动 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：振幅保持不变的自由振动。描述量：振幅A，周期T，频率f 1/T。x-t图像：正弦曲线或余弦曲线 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：位移、回复力、即时速度、即时加速度，动能与势能等。受力特征：回复力F=-kxm2x 基本模型：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=1010m；r = r0时，f引=f斥；rr0时，f引f斥；rr0时，f引f斥。热力学第二定律 克劳修斯表述:不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化(按热传导的方向性表述)。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: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：两种温度间的关系可以表示为：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。物质是由大量分子组成的分子永不停息地做无规则运动分子间存在相互作用力压强 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： 气体分子的平均动能，分子的密集程度体积：气体的性质物质的量： 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。热力学温度(T)与摄氏温度(t)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 理想气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 即克拉贝龙方程 气体的体积、压强、温度间的关系：，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)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 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，饱和汽的压强一定，叫做饱和汽压。未饱和汽的压强小于饱和汽压。l 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。l 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l 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）汽气体状态描述气体的状态l 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，内能越大。l 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。l 理想气体内能变化情况看温度。l 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）l 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”。l 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。理想气体等温过程 玻意耳定律：PVC等容过程 查理定律： P / TC等压过程 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 由发光物体直接产生的光谱叫发射光谱。物理光学折射定律 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 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 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 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。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 c = 3.0108米/秒平面镜成像 特点：成虚像;像与物等大小,正立,且与镜面位置对称。棱镜 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（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，故又称原子光谱。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。光的本性光谱光的波动性光的粒子性连续光谱 由连续分布的一切波长的光组成的光谱。光谱分析 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 在光的照射下，物体发射电子的现象叫光电效应。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=6.631034焦秒，称普朗克常量。爱因斯坦的光电方程：hvW=mv2，其中W为逸出功，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 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:波长极短的电磁波。贯穿本领很强，电离作用很小。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 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、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l 重核裂变如： 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。（核反应堆、核电站）l 轻核聚变如：（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。为热核反应人工核转变（核反应） 发现质子 发现中子 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)。学科网第一章 力学科网学科网学科网 第二章 直线运动学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网 第三章 牛顿运动定律学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网第四章 物体的平衡学科网学科网.学科网学科网第五章曲线运动学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网第六章 万有引力定律学科网学科网学科网学科网第七章 机械能学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网第八章 动量学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网学科网第九章 机械振动学科网学科网学科网学科网学科网第十章 机械波学科网学科网学科网 第十一、十二章 分子热运动能量守恒 固体、液体和气体 第十三章 电 场 第十四章 恒定电流 第十五章 磁场第十六章 电磁感应第十七章 交变电流第十八章 电磁场和电磁波 第十九章 光的传播 第二十章 光的波动性 第二十一章 量子论初步 第二十二章 原子核