物理

高中物理知识点总结

一、力学部分

（一）力与物体的平衡

1. 力的基本概念：力是物体对物体的作用 ，能使物体发生形变或改变物体的运动状态（产生加速度），力是矢量，具有大小、方向和作用点。例如，用手推桌子，桌子会移动，这就是力改变物体运动状态的体现。

2. 常见的力

- 重力：由于地球对物体的吸引而产生，但不能等同于地球的吸引力，是万有引力的一个分力。在地球表面附近，可近似认为重力等于万有引力。其大小为G = mg（m是物体质量，g是重力加速度，g约为9.8N/kg ），离地面高h处G' = mg'，其中g' = (\frac{R}{R + h})^2g（R为地球半径）；方向竖直向下（不一定指向地心） ；重心是物体各部分所受重力合力的作用点，物体的重心不一定在物体上，比如圆环的重心在其圆心处。

- 弹力：发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生的力。产生条件为直接接触且发生弹性形变 ；方向与物体形变的方向相反，受力物体是引起形变的物体，施力物体是发生形变的物体。在点面接触时，垂直于面；在两个曲面接触（相当于点接触）时，垂直于过接触点的公切面。如绳的拉力方向总是沿着绳且指向绳收缩的方向，一根轻绳上的张力大小处处相等；轻杆既可产生压力，又可产生拉力，方向不一定沿杆。弹簧弹力可由胡克定律F = kx求解（k为弹簧的劲度系数，只与弹簧本身因素有关，单位是N/m；x是弹簧的形变量），一般情况下的弹力需根据物体的运动状态，利用平衡条件或牛顿定律来求解。

- 摩擦力：相互接触的物体，当它们有相对运动或相对运动趋势时，在接触面上会产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力。产生条件为相互接触的物体间存在压力、接触面不光滑、接触的物体之间有相对运动（滑动摩擦力）或相对运动的趋势（静摩擦力） 。方向沿接触面切线方向，与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反，与物体运动方向可以相同也可以相反，比如人走路时，地面给脚的静摩擦力方向与人运动方向相同。判断静摩擦力方向可以用假设法，假设两物体接触面光滑，若两物体不发生相对运动，则无相对运动趋势和静摩擦力；若发生相对运动，则原来相对运动趋势方向跟假设接触面光滑时相对运动方向相同，再根据静摩擦力方向与相对运动趋势方向相反确定其方向；也可以用平衡法，根据二力平衡条件判断。滑动摩擦力大小利用公式f = μF_N计算（F_N是物体的正压力，不一定等于物体重力，甚至可能和重力无关 ），静摩擦力大小可在0与f_{max}之间变化，一般根据物体运动状态由平衡条件或牛顿定律求解。

3. 力的合成与分解

- 合力与分力：一个力作用在物体上产生的效果跟几个力共同作用产生的效果相同，这个力就是那几个力的合力，那几个力就是这个力的分力。

- 力合成与分解的根本方法：平行四边形定则。以表示两个共点力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向。

- 力的合成：求几个已知力的合力。共点的两个力(F_1和F_2)合力大小F的取值范围为\vert F_1 - F_2\vert \leq F \leq F_1 + F_2 。例如，F_1 = 3N，F_2 = 4N，则它们合力大小范围是1N \leq F \leq 7N 。

- 力的分解：求一个已知力的分力，与力的合成互为逆运算。实际问题中，通常将已知力按力产生的实际作用效果分解；很多问题中采用正交分解法，将力沿两个相互垂直的方向分解。

4. 共点力的平衡

- 共点力：作用在物体的同一点，或作用线相交于一点的几个力。

- 平衡状态：物体保持匀速直线运动或静止状态，此时加速度等于零。

- 共点力作用下物体的平衡条件：物体所受合外力为零，即\sum F = 0 ，采用正交分解法时，平衡条件为\sum F_x = 0 ，\sum F_y = 0 。比如静止在水平桌面上的物体，受到重力和桌面的支持力，这两个力是共点力，且满足平衡条件，合力为零。

- 解决平衡问题的常用方法：隔离法（将研究对象从周围物体中隔离出来，单独分析其受力情况）、整体法（将多个物体看作一个整体，分析整体的受力情况）、图解法（通过力的图示，利用平行四边形定则或三角形定则来求解力的问题）、三角形相似法（当力的三角形与几何三角形相似时，利用相似三角形对应边成比例求解力）、正交分解法等。

（二）直线运动

1. 基本概念

- 机械运动：一个物体相对于另一个物体的位置改变，包括平动、转动和振动等形式。研究物体运动需选定参照物（假定为不动的物体） ，对同一物体运动，所选参照物不同，描述不同，通常以地球为参照物。比如坐在行驶汽车里的人，以车为参照物，人是静止的；以地面为参照物，人是运动的。

- 质点：用来代替物体的只有质量没有形状和大小的点，是理想化物理模型。物体能否视为质点，不是取决于物体大小，而是看物体的形状和大小对研究问题的影响是否可忽略。例如研究地球绕太阳公转时，地球可视为质点；研究地球自转时，地球不能视为质点。

- 位移和路程：位移描述物体位置变化，是从物体运动的初位置指向末位置的有向线段，是矢量；路程是物体运动轨迹的长度，是标量。一般情况下位移大小小于路程，只有在单方向的直线运动中，位移大小才等于路程。比如物体沿曲线运动一周回到出发点，路程不为零，但位移为零。

- 速度和速率：速度是描述物体运动快慢的物理量，是矢量。平均速度是质点在某段时间内的位移与发生这段位移所用时间的比值，即v = \frac{s}{t} ，是对变速运动的粗略描述；瞬时速度是运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度，方向沿轨迹上质点所在点的切线方向指向前进一侧，是对变速运动的精确描述。速率只有大小，没有方向，是标量；平均速率是质点在某段时间内通过的路程和所用时间的比值 ，在一般变速运动中平均速度大小不一定等于平均速率，只有在单方向的直线运动中二者才相等。