物理11章知識點

物理11章知識點演講人：19CONTENTS力學基礎知識能量與動量電磁學基礎知識光學基礎知識原子物理與量子力學基礎熱力學基礎知識目錄CONTENTS相對論基礎知識波動學基礎知識近代物理實驗技術與方法物理常數(shù)與單位制物理實驗設計與操作規(guī)范目錄01力學基礎知識PART01力的定義力是物體之間的相互作用，它可以改變物體的靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。力的概念和分類02力的分類按照力的性質(zhì)可以分為重力、彈力、摩擦力等；按照力的作用效果可以分為拉力、壓力、支持力等。03力的三要素大小、方向、作用點。牛頓第一運動定律（慣性定律）一個物體將保持靜止或勻速直線運動，直到受到外部力的作用。牛頓第二運動定律（加速度定律）物體的加速度與作用在其上的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，且加速度的方向與合外力的方向相同。牛頓第三運動定律（作用-反作用定律）對于任意兩個相互作用的物體，它們之間的作用力和反作用力大小相等、方向相反，且作用在同一直線上。牛頓運動定律求幾個力的合力，即這些力同時作用在一個物體上產(chǎn)生的總效果。力的合成將一個力分解為幾個分力，便于分析物體受力情況。力的分解用于力的合成與分解，表示兩個共點力的合力大小和方向。平行四邊形定則力的合成與分解受力分析物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)時，所受的合力為零，即滿足平衡條件。平衡條件平衡的分類穩(wěn)定平衡和不穩(wěn)定平衡，以及共點力平衡和力矩平衡等。對物體進行受力分析，確定物體所受的力以及這些力的性質(zhì)、大小和方向。受力分析與平衡條件02能量與動量PART功是能量轉(zhuǎn)化的量度功是能量轉(zhuǎn)化的過程，做了多少功就有多少能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。功與能的關系動能與勢能動能是物體由于運動而具有的能量，勢能是物體由于位置或形狀而具有的能量。功可以使物體動能增加或減少，也可以使勢能轉(zhuǎn)化為動能或動能轉(zhuǎn)化為勢能。功能關系功等于力乘以在力的方向上移動的距離，是能量轉(zhuǎn)化的量度。動能定理描述了物體動能的變化與合外力做功之間的關系，即合外力對物體所做的功等于物體動能的變化。動能定理機械能守恒定律指出，在沒有外力做功或只有重力做功的情況下，物體系統(tǒng)的機械能（動能和勢能之和）保持不變。機械能守恒定律動能定理是機械能守恒定律的基礎，機械能守恒定律是動能定理在特定條件下的應用。動能定理與機械能守恒定律的關系動能定理與機械能守恒定律動量定理與動量守恒定律動量定理動量定理描述了物體動量的變化與合外力沖量之間的關系，即合外力的沖量等于物體動量的變化。動量守恒定律動量守恒定律指出，在沒有外力作用或外力作用極短的情況下，物體系統(tǒng)的總動量保持不變。動量定理與動量守恒定律的應用動量定理和動量守恒定律是解決碰撞、爆炸等瞬間作用問題的有力工具。解題技巧在解決碰撞問題時，要注意選取正方向，明確各物體的初末狀態(tài)，合理應用動量定理和守恒定律。碰撞類型碰撞分為彈性碰撞和非彈性碰撞，其中彈性碰撞是碰撞前后系統(tǒng)動能不變的碰撞。碰撞問題解法碰撞問題通常根據(jù)動量守恒定律和動能定理或機械能守恒定律聯(lián)立求解。對于彈性碰撞，還需利用碰撞前后動能不變的條件。碰撞問題及其解法03電磁學基礎知識PART電場線電場線是為了形象地描述電場而假想的線，電場線的疏密表示電場的強弱，電場線的方向表示電場的方向。電場概念電場是電荷及變化磁場周圍空間里存在的一種特殊物質(zhì)，具有通常物質(zhì)所具有的特性。電場強度定義電場強度是用來表示電場的強弱和方向的物理量，放入電場中某點的電荷所受靜電力跟它的電荷量比值，叫作該點的電場強度。電場強度計算電場強度的大小等于單位正電荷在該點所受的電場力，方向與正電荷在該點所受電場力方向相同。電場與電場強度電勢與電勢差電勢概念靜電場的標勢稱為電勢，某點電荷的電勢能跟它所帶的電荷量之比，叫做這點的電勢。電勢差概念電勢差是指電場中兩點之間電勢的差值，也叫電壓，是描述電場力做功的性質(zhì)的物理量。電勢差與電場強度關系電場強度與電勢差有密切關系，電場強度越大，沿電場線方向電勢降低越快，電勢差也越大。電勢差計算電勢差可以通過電場力做功來計算，也可以通過電勢的公式直接計算。電容概念電容是電子設備中大量使用的電子元件之一，具有儲存電荷的能力。電容和電容器01電容器構(gòu)造電容器由兩個相互靠近的導體組成，中間夾一層不導電的絕緣介質(zhì)。02電容性質(zhì)電容具有充放電特性，能夠儲存電荷并在電路中釋放電能。同時，電容具有隔直通交的特性，在交流電路中起到重要作用。03電容應用電容廣泛應用于隔直、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路、能量轉(zhuǎn)換、控制電路等方面。04磁場是傳遞實物間磁力作用的場，是由運動著的微小粒子構(gòu)成的，在現(xiàn)有條件下看不見、摸不著。磁感應強度是描述磁場強弱和方向的物理量，是矢量，常用符號B表示。磁感應強度的國際通用單位為特斯拉（符號為T），是磁通量密度或磁通密度的單位。磁場在電機、發(fā)電機、變壓器等設備中有重要應用，同時地磁場也是地球生物賴以生存的重要環(huán)境因素之一。磁場與磁感應強度磁場概念磁感應強度定義磁感應強度單位磁場應用04光學基礎知識PART光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，是幾何光學的重要基礎。光的直線傳播光具有波動性質(zhì)，可以表現(xiàn)出干涉、衍射等現(xiàn)象。光的波動性質(zhì)光以光子的形式傳遞能量，每個光子都帶有一定的能量。光子能量光線傳播的基本原理010203光線遇到介質(zhì)表面時，部分光線會按照反射定律返回原介質(zhì)中。光的反射光線從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，會發(fā)生折射現(xiàn)象，折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。光的折射當光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，如果入射角大于臨界角，將發(fā)生全反射，光線全部反射回原介質(zhì)中。全反射現(xiàn)象反射、折射和全反射現(xiàn)象光學儀器的原理及應用凸透鏡和凹透鏡凸透鏡對光線有會聚作用，凹透鏡對光線有發(fā)散作用，廣泛應用于各種光學儀器中。顯微鏡和望遠鏡光學儀器的發(fā)展顯微鏡利用凸透鏡的放大作用，將微小物體放大以便觀察；望遠鏡則利用凸透鏡成像原理，觀測遠處物體。隨著科技的不斷進步，光學儀器越來越精密，如光學測量儀器、光學傳感器等。光的干涉光在通過障礙物或孔洞時，會偏離直線傳播路徑而繞到障礙物后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象。光的衍射干涉和衍射的應用干涉和衍射現(xiàn)象在光學儀器、光學測量、光信息處理等領域有著廣泛的應用。兩束或多束相干光波在空間某些區(qū)域相遇時，會相互疊加產(chǎn)生加強或減弱的現(xiàn)象。光的干涉和衍射現(xiàn)象05原子物理與量子力學基礎PART原子由帶正電的質(zhì)子、中性的中子以及帶負電的電子組成，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，電子在核外運動形成電子云。原子結(jié)構(gòu)包括盧瑟福的“行星模型”以及玻爾的定態(tài)軌道模型，后者成功解釋了氫原子光譜的規(guī)律性。原子核模型質(zhì)子和中子通過核力緊密結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核，核力具有飽和性和短程性。原子核的組成原子結(jié)構(gòu)和原子核模型半衰期放射性元素衰變到其原始數(shù)量一半所需的時間，是描述放射性元素衰變速率的物理量。放射性衰變不穩(wěn)定的原子核自發(fā)地放射出粒子或射線，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的過程，包括α衰變、β衰變和γ衰變等。核反應方程描述原子核之間相互作用的過程，包括反應物、生成物以及反應過程中的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒。放射性衰變及核反應方程微觀粒子既具有波動性又具有粒子性，這一性質(zhì)在光子和電子等微觀粒子中尤為顯著。波粒二象性波粒二象性與不確定性原理描述粒子波動性的物理量，與粒子的動量成反比，揭示了粒子與波動性的內(nèi)在聯(lián)系。德布羅意波長無法同時精確測量微觀粒子的位置和動量，這一原理對微觀粒子的行為產(chǎn)生了深遠的影響。不確定性原理量子態(tài)微觀粒子在某一時刻所處的狀態(tài)，由波函數(shù)完全描述，具有確定的能量和動量等物理量。量子躍遷微觀粒子在不同量子態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過程，伴隨著能量的吸收或發(fā)射，表現(xiàn)為光譜線的產(chǎn)生和消失。波函數(shù)描述微觀粒子運動狀態(tài)的數(shù)學函數(shù)，其絕對值的平方表示粒子在空間中的概率密度。量子力學的基本概念06熱力學基礎知識PART溫度定義及物理意義溫度是表示物體冷熱程度的物理量，是熱學系統(tǒng)狀態(tài)的標志。熱力學第零定律如果兩個熱力學系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡（溫度相同），則它們彼此也必定處于熱平衡。熱平衡與溫度測量熱平衡是溫度測量的基礎，溫度計是根據(jù)熱力學第零定律制造的。溫度與熱力學第零定律01內(nèi)能內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子動能和勢能的總和，與物體溫度、體積和物質(zhì)的量有關。內(nèi)能、熱量和功的關系02熱量熱量是熱傳遞過程中所傳遞的內(nèi)能，是熱學系統(tǒng)狀態(tài)變化的一種量度。03功與內(nèi)能轉(zhuǎn)化功是能量轉(zhuǎn)化的量度，可以改變物體的內(nèi)能，但內(nèi)能不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為功而不產(chǎn)生其他影響。熱力學第一定律熱力學第一定律是能量守恒定律在熱力學中的應用，它規(guī)定了熱能與功之間的轉(zhuǎn)換關系，即熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳導到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。熱力學第一定律和第二定律熱力學第二定律熱力學第二定律是熱量傳遞的方向性定律，它規(guī)定了熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳導到高溫物體，而是自發(fā)地從高溫物體傳導到低溫物體，直到達到熱平衡。熱力學第二定律的實質(zhì)熱力學第二定律揭示了自然界中熱現(xiàn)象的過程具有方向性，是不可逆的。熵增原理的意義熵增原理揭示了自然界中過程的不可逆性，為熱力學第二定律提供了更深刻的物理意義，同時也是現(xiàn)代科學中最重要的原理之一。熵增原理熵增原理是熱力學第二定律的另一種表述，它指出在一個孤立系統(tǒng)中，總熵（無序度）不會減少，只會增加或保持不變。熵的概念熵是系統(tǒng)無序度的量度，它反映了系統(tǒng)內(nèi)部混亂程度的大小。熵增原理及其意義07相對論基礎知識PART狹義相對性原理物理規(guī)律在所有慣性參考系中都是相同的，無法通過實驗來區(qū)分絕對靜止和勻速直線運動。光速不變原理在真空中，光速對于所有觀察者來說都是恒定不變的，與光源的運動狀態(tài)無關。狹義相對論的基本原理當物體以接近光速運動時，其時間進程會變慢，即運動物體的時間進程相對于靜止觀察者而言會延長。時間膨脹當物體以接近光速運動時，其在運動方向上的長度會縮短，即運動物體的長度相對于靜止觀察者而言會變小。長度收縮時間膨脹和長度收縮現(xiàn)象質(zhì)能方程E=mc2，表示物體的能量（E）與其質(zhì)量（m）之間的當量關系，c為光速。應用質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量之間的緊密聯(lián)系，是核能等技術的重要理論基礎。質(zhì)能方程及其應用廣義相對論簡介引力波廣義相對論預言了引力波的存在，引力波是由于時空彎曲而產(chǎn)生的擾動，類似于聲波或電磁波。廣義相對論原理引力是由物質(zhì)彎曲時空而產(chǎn)生的，物體在彎曲的時空中沿著最短的路徑（即地線）運動。08波動學基礎知識PART機械波的形成與傳播機械波定義01機械振動在介質(zhì)中的傳播稱為機械波。形成條件02需要振源和介質(zhì)，且介質(zhì)中的質(zhì)點要具有彈性和慣性。傳播方式03通過介質(zhì)中質(zhì)點的振動和能量傳遞來傳播，傳播方向與質(zhì)點振動方向一致。波長、頻率和波速04波長是波在介質(zhì)中傳播一個完整周期所經(jīng)過的距離，頻率是單位時間內(nèi)波傳播的周期數(shù)，波速是波在介質(zhì)中傳播的速度，三者關系為波速=波長×頻率。波的干涉與衍射現(xiàn)象波的干涉頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強，某些區(qū)域的振動減弱，形成干涉圖樣。干涉條件兩列波的頻率相同，振動方向相同，相位差恒定。衍射現(xiàn)象波在傳播過程中遇到障礙物或通過孔洞時，會偏離直線傳播方向而繞到障礙物后面繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。衍射的分類根據(jù)障礙物或孔洞與波長的關系，可分為明顯衍射和不明顯衍射。多普勒效應定義當聲源與接收體之間有相對運動時，接收體接收到的聲波頻率會發(fā)生變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因聲源與接收體之間的相對運動導致接收體接收到的聲波頻率發(fā)生變化。計算公式接收頻率=聲源頻率×(1+聲源與接收體之間的相對速度/聲速)。應用測速儀、彩超、雷達等。多普勒效應及其應用聲波、電磁波與物質(zhì)波的區(qū)別與聯(lián)系由物體振動產(chǎn)生的機械波，需要介質(zhì)傳播，傳播速度為聲速，具有縱波特性。01040302聲波由電磁振蕩產(chǎn)生的波動，不需要介質(zhì)傳播，傳播速度為光速，具有橫波特性，且能穿透真空。電磁波又稱德布羅意波，是描述物質(zhì)粒子波動性的波，具有概率波特性，其波長與粒子動量成反比。物質(zhì)波聲波和電磁波都是波動的一種表現(xiàn)形式，都具有波動的基本性質(zhì)，如干涉、衍射等；物質(zhì)波則是量子力學對物質(zhì)粒子波動性的描述，與聲波和電磁波在本質(zhì)上是不同的。聯(lián)系09近代物理實驗技術與方法PART探測粒子種類、測量粒子能量、粒子軌跡追蹤等。粒子探測器的應用探測效率、能量分辨率、位置分辨率等。粒子探測器的性能指標01020304閃爍計數(shù)器、蓋革-米勒計數(shù)器、半導體探測器等。粒子探測器的種類核衰變實驗、粒子加速器實驗、宇宙射線觀測等。粒子探測器實驗方法粒子探測器及其實驗方法光譜分析及激光技術光譜分析的基本原理利用物質(zhì)與電磁輻射相互作用產(chǎn)生的光譜特性進行分析。光譜分析的應用定性分析、定量分析、物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究等。激光技術的原理激光的受激輻射原理、激光束的特性。激光技術的應用激光測距、激光雷達、激光切割等。X射線衍射與電子顯微鏡技術X射線衍射的原理X射線與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的衍射現(xiàn)象。X射線衍射的應用物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、晶體結(jié)構(gòu)測定、X射線衍射成像等。電子顯微鏡的種類透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡等。電子顯微鏡的應用觀察微觀結(jié)構(gòu)、材料科學研究、納米技術等。放射性同位素示蹤的原理利用放射性同位素作為示蹤劑，追蹤物質(zhì)的運動和變化。放射性同位素示蹤的應用生物醫(yī)學研究、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)勘探等。放射性同位素示蹤劑的選擇根據(jù)實驗需求選擇合適的放射性同位素。放射性同位素示蹤的實驗方法放射性標記、同位素稀釋法、放射性測量等。放射性同位素示蹤技術10物理常數(shù)與單位制PART米（m），用于測量距離、大小等。長度質(zhì)量時間千克（kg），表示物體所含物質(zhì)的多少。秒（s），描述事件發(fā)生的持續(xù)時間和順序。國際單位制中的基本物理量安培（A），表示電荷的流動速率。電流國際單位制中的基本物理量開爾文（K），描述物體的冷熱程度。熱力學溫度摩爾（mol），表示物質(zhì)所含的基本單位數(shù)目。物質(zhì)的量坎德拉（cd），描述光源的發(fā)光能力。發(fā)光強度01面積平方米（m2），由長度單位推導而來，表示二維空間的面積。導出單位及換算關系體積立方米（m3），由長度單位推導而來，表示三維空間的大小。速度米每秒（m/s），由長度和時間單位推導而來，描述物體的運動快慢。力牛頓（N），由質(zhì)量、長度和時間單位推導而來，表示物體間的相互作用力。壓強帕斯卡（Pa），由力和面積單位推導而來，描述單位面積上的壓力。02030405c=299792458m/s，光在真空中的傳播速度。G=6.67430x10^-11m3/kg/s2，描述物體間引力的強弱。h=6.62607015x10^-34J·s，描述量子效應的大小。k=1.380649x10^-23J/K，連接溫度與能量之間的關系。物理學中的常用常數(shù)真空中的光速引力常數(shù)普朗克常數(shù)玻爾茲曼常數(shù)量綱一致性檢查在進行物理計算時，確保各物理量的單位保持一致，以避免錯誤。單位換算利用單位之間的換算關系，將不同單位的物理量轉(zhuǎn)換為同一單位進行計算。量綱分析法通過量綱分析，檢查物理公式的正確性，以及判斷物理問題中各物理量的關系。0