高中物理知識體系結構圖

PAGE高中物理學知識的結構體系高中物理包括必修1、2共7章；選修3-1、2、3、4、5共19章內容。歸納起來，整個高中物理的知識體系可以分為力學、熱學、光學、電磁學（電學和磁學）、原子物理學五大學科部分。必修1和2屬于力學部分；選修3-1、3-2屬于電磁學內容；選修3-4主要為光學；選修3-5主要為原子物理學，有3章（機械振動和機械波、動量守恒定律）為力學內容。除了熱學部分是初中物理（選修3-3未學）的主講內容外，其他都在高中期間得到學習和深化。高中物理所有知識體系簡表力學靜力學（必修1）力的概念和三種常見力重力、彈力、摩擦力力的合成和分解物體的平衡（相互作用）運動學（必修1、2）（選修3-4）直線運動勻速直線運動、勻變速直線運動曲線運動(運動的合成和分解)平拋物體運動勻速圓周運動天體運動問題機械振動（簡諧運動）阻尼振動、受迫振動機械波（橫波、縱波）反射、折射、干涉、衍射、疊加、多普勒效應動力學（運動和力）（必修1、2）（選修3-5）牛頓運動定律牛頓第一、二、三定律萬有引力與圓周運動功與能功、功率動能、勢能動能定理重力勢能、彈性勢能機械能守恒定律動量和沖量動量定理系統(tǒng)動量守恒定律電學電場（靜電場）（選修3-1）力的特性庫侖定律電場強度電場線點電荷場強勻強電場場強帶電粒子在電場中的運動能的特性電荷的電勢能（電勢）電勢差電場力的功電容器電路（恒定電流）（選修3-1）電源電動勢閉合電路的歐姆定律內電阻電流、電壓、功率歐姆表電阻串、并聯(lián)關系歐姆定律電功、電功率、電熱電阻定律磁學磁場（選修3-1）磁場的產生永磁體磁場電流磁場磁場的性質磁感強度、磁通密度、磁感線安培力(左手定則)、洛侖茲力(左手定則)帶電粒子在磁場中運動磁通量磁通密度電磁感應（選修3-2）（選修3-4）產生的條件導體切割磁感線運動法拉第電磁感應定律㈠右手定則穿過閉合電路所圍面積中磁通量發(fā)生變化法拉第電磁感應定律㈡楞次定律自感電磁振蕩與電磁波互感變壓器和電能的輸送交變電流右手定則光學幾何光學（選修3-4）光的直線傳播(均勻介質)本影、半影、日食、月食、小孔成像真空中的光速電磁波譜光的反射反射定律、平面鏡成像光的折射折射定律、全反射現(xiàn)象光的色散棱鏡：全反射棱射物理光學（光的本性）（選修3-4、5）光譜發(fā)射光譜吸收光譜連續(xù)、明線光譜光譜分析光的波動性光的干涉（雙縫、薄膜）、光的衍射光的粒子性光子、光電效應光的波粒二象性電磁波譜熱學(初中物理)(選修3-3)熱學的基本知識分子動理論分子無規(guī)則運動擴散、布朗運動動能（溫度）相互作用力勢能（體積）物體的內能分子動能、熱能、物體的內能熱和功內能的改變做功、熱傳遞能量守恒定律熱力學第一、二定律氣體的性質氣體的狀態(tài)描述物質的量、壓強、體積、溫度及其關系理想氣體狀態(tài)變化規(guī)律克拉貝龍方程一定質量理想氣體狀態(tài)方程等溫過程、等壓過程、等容過程飽和汽、非飽和汽空氣的濕度原子物理(選修3-5)原子結構核式模型、玻爾理論、電子云α粒子散射實驗、放射、衰變、人工轉變、裂變、聚變原子核以下詳細總結各部分知識體系的結構和內容，并且與課本（人教版）建立聯(lián)系。力學知識結構體系力學部分包括靜力學、運動學和動力學三部分PARTI靜力學三種常見的力三種常見的力物體的平衡力的合成與分解一個力的作用效果，如果與幾個力的效果相同，則這個力叫那幾個力的合力，那幾個力叫這個力的分力。由分力求合力的運算叫力的合成；由合力求分力的運算叫力的分解。力的概念定義力是物體對物體的作用。所以每一個實在的力都有施力物體和受力物體三要素大小、方向、作用點矢量性力的矢量性表現(xiàn)在它不僅有大小和方向，而且它的運算符合平行四邊形定則。效果力的作用效果表現(xiàn)在，使物體產生形變以及改變物體的運動狀態(tài)兩個方面。摩擦力重力由地球對物體的吸引而產生。方向：總是豎直向下。大小G＝mg。g為重力加速度，由于物體到地心的距離變化和地球自轉的影響，地球周圍各地g值不同。在地球表面，南極與北極g值較大，赤道g值較小；通常取g=9.8米／秒2。重心的位置與物體的幾何形狀、質量分布有關。任何兩個物體之間的吸引力叫萬有引力，。通常取引力常量G＝6.67×10-11牛·米2／千克2。物體的重力可以認為是地球對物體的萬有引力。彈力彈力產生在直接接觸并且發(fā)生了形變的物體之間。支持面上作用的彈力垂直于支持面；繩上作用的彈力沿著繩的收縮方向。胡克定律F=kx，k稱彈簧勁度系數(shù)?；瑒幽Σ亮ξ矬w間發(fā)生相對滑動時，接觸面間產生的阻礙相對滑動的力，其方向與接觸面相切，與相對滑動的方向相反；其大小f=μN。N為接觸面間的壓力。μ為動摩擦因數(shù)，由兩接觸面的材料和粗糙程度決定。靜摩擦力相互接觸的物體間產生相對運動趨勢時，沿接觸面產生與相對運動趨勢方向相反的靜摩擦力。靜摩擦力的大小隨兩物體相對運動的“趨勢”強弱，在零和“最大靜摩擦力”之間變化?！白畲箪o摩擦力”的具體值，因兩物體的接觸面材料情況和壓力等因素而異。物體的平衡概念：當物體受到幾個力的作用時處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，就說這幾個力平衡，這時的物體處于平衡狀態(tài)，且合力為零。共點力：作用在一個物體上的幾個力，作用于一點，或其延長線相交于一點。共點力作用下的物體的平衡條件：作用在一個物體上的幾個力，合力為零，即F合＝0，則物體是平衡的?！捌胶饬Α迸c“相互作用力”的關系是：都是大小相等、方向相反，并且在同一條直線上，但“平衡力”的兩個力的作用點在同一物體上，而“相互作用力”的兩個力分別作用在兩個物體上。PARTIII動力學運動和力運動和力牛頓第一定律一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。慣性物體的這種性質叫做慣性。慣性是物體的固有屬性，衡量慣性的大小的物理量是質量。彈性勢能物體由于發(fā)生彈性形變而具有的能。重力勢能EP＝mghh為物體距零勢能位置的高度。零勢能位置可依具體問題解題方便而定，故重力勢能的大小只有相對的意義。重力勢能的變化表示了重力做功的多少。沖量力和力的作用時間的乘積叫做力的沖量單位?！っ搿_量的方向，即力的方向。牛頓第三定律兩個物體間相互作用力與反作用力，總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。(作用力與反作用力同時產生，同時消失，是同種性質的力，它們分別作用在不同的物體上，不存在“平衡’問題。)牛頓運動定律功和能功功是能量轉換的量度，即：有功必有能量形式的轉換．做了多少功就有多少能量發(fā)生了形式轉換。W=FScosα(兩個要素：①力②力方向上有位移)單位:焦(J)正功：表示動力功(即力與位移夾角小于900)。負功：表示阻力功(即力與位移夾角大于900。)沖量和動量動量物體的質量和速度的乘積叫做動量單位：千克·米／秒。動量的方向，即速度的方向。動能定理合外力所做的功等于物體動能的變化。W=EK2—EK1＝定理適用于變力做功的過程動量定理物體所受合力的沖量等于物體的動量變化。表達式Ft=P末-P初（動量定理適用于變力作用的過程）牛頓第二定律物體加速度的大小跟它所受合外力的大小成正比，跟物體的質量成反比。加速度的方向與合外力方向相同。表達式F合=ma，其中F單位：牛（N）；m單位：千克（kg）；a單位：米／秒2(m/s2)。意義：力是改變物體運動狀態(tài)的原因。功率平均功率P=W/t；單位：瓦（焦／秒）即時功率P=FVcosα，單位：瓦（焦／秒）動能物體由于運動所具有的能。動能是運動狀態(tài)的函數(shù)，動能是標量勢能由于物體之間相對位置和物體各部分間相對位置決定的能叫勢能。機械能守恒定律(動能和勢能統(tǒng)稱機械能)機械能在只有重力做功的情形下，物體的動能和重力勢能發(fā)生相互轉化，但機械能的總量保持不變。同樣，在只有彈力做功的情形下，物體的動能和彈性勢能發(fā)生相互轉化，機械能總量也保持不變。系統(tǒng)動量守恒定律系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變熱學知識結構體系熱學包括：研究宏觀熱現(xiàn)象的熱力學、研究微觀理論的統(tǒng)計物理學，分子動理論是熱現(xiàn)象微觀理論的基礎物質是由大量分子組成的物質是由大量分子組成的①油膜法測分子的直徑；②分子直徑數(shù)量級10－10m，分子質量數(shù)量級10－26kg③阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.02×1023mol－1。是聯(lián)系微觀世界和宏觀世界的橋梁。它把物質的摩爾質量、摩爾體積這些宏觀物理量和分子質量、分子體積這些微觀物理量聯(lián)系起來了。分子勢能分子間由相互作用力和相對位置決定的能量。分子勢能在微觀上決定著分子間距。宏觀上決定著物體的體積V擴散不同的物質相互接觸時，彼此進入對方的現(xiàn)象。擴散現(xiàn)象說明了分子不停地做無規(guī)則運動及分子間有間隙。溫度越高，擴散過程就越快，這說明溫度越高，分子的無規(guī)則運動的速度就越大。改變物體內能的方式①做功：其他形式的能與內能轉化；②熱傳遞：物體間(或物體各部分之間)內能的轉移。二者雖然是等效，但本質不同。分子間作用力分子間存在相互作用力，且引力和斥力同時存在，都隨距離增大而減小。且斥力減小得快。分子間作用力的合力稱之為分子力。熱學的基本知識分子的動能：分子由于熱運動而具有的能量；由溫度T決定。溫度的微觀含義：分子平均動能大小的標志，反映分子熱運動的激烈程度物體的內能組成物體的所有分子的動能和勢能的總和；內能是宏觀量，只對大量分子組成的物體有意義，對個別分子無意義。物體的內能由分子數(shù)量(物質的量)、溫度(分子平均動能)、體積(分子間勢能)決定，與物體的宏觀機械運動狀態(tài)無關．內能與機械能無必然聯(lián)系溫度是分子平均動能大小的標志，溫度相同時任何物體的分子平均動能相等，但平均速率一般不等（分子質量不同）．分子力做正功分子勢能減少，分子力做負功分子勢能增加。分子勢能為零一共有兩處，一處在無窮遠處，另一處小于r0，分子力為零時分子勢能最小，而不是零。理想氣體分子間作用力為零，分子勢能為零，只有分子動能。熱力學第一定律一個熱力學系統(tǒng)的內能增量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做的功的和。即外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q等于物體內能的增加ΔU，即ΔU=Q+W。其中，當外界對物體做功時W取正，物體克服外力做功時W取負；當物體從外界吸熱時Q取正，物體向外界放熱時Q取負；ΔU為正表示物體內能增加，ΔU為負表示物體內能減小。分子熱運動分子永不停息地做無規(guī)則運動①擴散現(xiàn)象；②布朗運動能量守恒定律能量既不會憑空消失，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。熱和功物體的內能分子動理論布朗運動懸浮在液體中的固體顆粒永不停息的無規(guī)則運動。注意：①形成條件：微粒足夠小。②溫度越高，運動越激烈。③觀察到的是固體微粒(非液體和固體分子)的無規(guī)則運動，反映的是液體分子運動的無規(guī)則性。④實驗中描繪的是某固體微粒每隔30s的位置連線，不是該微粒的運動軌跡。r=r0時，最?。籸>r0時，r增大，則分子力做功，分子勢能增加，r減小，分子力做正功，勢能減??；r<r0時，r增大，則分子力做正功，勢能減小，r減小，克服分子力做功，勢能增加r0=10－10m；r=r0時，f引=f斥；r＞r0時，f引＞f斥；r＜r0時，f引＜f斥。熱力學第二定律①克勞修斯表述:不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化(按熱傳導的方向性表述)。②開爾文表述:不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不引起其他變化（按機械能和內能轉化過程的方向性表述）。③第二類永動機(只從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ灰鹌渌兓臒釞C。)是不可能制成的。熱力學第二定律的微觀解釋:①熵增加原理：一個孤立系統(tǒng)總是從熵小的狀態(tài)向熵大的狀態(tài)發(fā)展，而熵值較大代表著較為無序，所以自發(fā)的宏觀過程總是向無序度更大的方向發(fā)展。因此熱力學第二定律也叫做熵增加原理。②熱力學第二定律的微觀意義：一切自然過程總是沿著分子熱運動無序性增大的方向進行。熱力學第三定律：兩種溫度間的關系可以表示為：T=t+273.15K和ΔT=Δt，要注意兩種單位制下每一度的間隔是相同的。0K是低溫的極限，它表示所有分子都停止了熱運動。可以無限接近，但永遠不能達到。不可能通過有限的過程把一個物體冷卻到絕對零度。熱力學第三定律不阻止人們想辦法盡可能地接近絕對零度。物質是由大量物質是由大量分子組成的分子永不停息地做無規(guī)則運動分子間存在相互作用力壓強用分子動理論解釋氣體壓強的產生（氣體壓強的微觀意義）。氣體的壓強是大量分子頻繁碰撞器壁產生的。壓強的大小跟兩個因素有關：氣體分子的平均動能，②分子的密集程度體積：氣體的性質物質的量：溫度反映物體冷熱程度的物理量（是一個宏觀統(tǒng)計概念），是物體分子平均動能大小的標志。任何同溫度的物體，其分子平均動能相同。熱力學溫度(T)與攝氏溫度(t)的關系T＝t+273.15（K）說明：①兩種溫度數(shù)值不同，但改變1K和1℃的溫度差相同②０K是低溫的極限，只能無限接近，但不可能達到。③這兩種溫度每一單位大小相同，只是計算的起點不同。攝氏溫度把1大氣壓下冰水混合物的溫度規(guī)定為0℃，熱力學溫度把1大氣壓下冰水混合物的溫度規(guī)定為273K（即把－273℃規(guī)定為0K），所以T=t+273概念理想氣體是一種理想化模型，其分子間距很大，不存在分子勢能，分子間沒有相互吸引和排斥，分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞是完全彈性的，不造成動能損失。這種氣體稱為理想氣體。理想氣體狀態(tài)方程即克拉貝龍方程氣體的體積、壓強、溫度間的關系：，等溫變化圖線等容變化圖線等壓變化圖線①等溫變化圖線為雙曲線的一支，等容(壓)變化圖線均為過原點的直線(之所以原點附近為虛線，表示溫度太低了，規(guī)律不再滿足)；②圖中雙線表示同一氣體不同狀態(tài)下的圖線，虛線表示判斷狀態(tài)關系的兩種方法；③對等容(壓)變化，如果橫軸物理量是攝氏溫度t，則交點坐標為-273.15飽和汽和飽和汽壓在密閉容器中的液面上同時進行著兩種相反的過程：一方面分子從液面飛出來；另一方面由于液面上的汽分子不停地做無規(guī)則的熱運動，有的汽分子撞到液面上又會回到液體中去。隨著液體的不斷蒸發(fā)，液面上汽的密度不斷增大，回到液體中的分子數(shù)也逐漸增多。最后，當汽的密度增大到一定程度時，就會達到這樣的狀態(tài)：在單位時間內回到液體中的分子數(shù)等于從液面飛出去的分子數(shù)，這時汽的密度不再增大，液體也不再減少，液體和汽之間達到了動態(tài)平衡狀態(tài)。把跟液體處于動態(tài)平衡的汽叫做飽和汽，把未達到飽和的汽叫未飽和汽。一定溫度下，飽和汽的壓強一定，叫做飽和汽壓。未飽和汽的壓強小于飽和汽壓。飽和汽壓只是指空氣中這種液體蒸汽的分氣壓，與其他氣體的壓強無關。飽和汽壓與溫度和物質種類有關。在同一溫度下，不同液體的飽和氣壓一般不同，揮發(fā)性大的液體飽和氣壓大；同一種液體的飽和氣壓隨溫度的升高而迅速增大。[對于某種液體而言單位時間、單位面積（液面）飛出的液體分子數(shù)只與溫度有關]將不飽和汽變?yōu)轱柡推姆椒ǎ孩俳档蜏囟娶跍p小液面上方的體積③等待（最終此種液體的蒸氣必然處于飽和狀態(tài)）汽氣體狀態(tài)描述氣體的狀態(tài)理想氣體，由于不考慮分子間相互作用力，其內能僅由溫度和分子總數(shù)決定，與氣體的體積無關。溫度越高，內能越大。理想氣體與外界做功與否：體積增大，對外做了功（外界是真空則氣體對外不做功），體積減小，則外界對氣體做了功。理想氣體內能變化情況看溫度。理想氣體吸不吸熱，則由做功情況和內能變化情況共同判斷。（即從熱力學第一定律判斷）只有大量分子組成的物體才談得上溫度，不能說某幾個氧分子的溫度是多少。因為分子運動是無規(guī)則的，某時刻它們的平均動能可能較大，另一時刻平均動能也可能較小，無穩(wěn)定的“冷熱程度”。1℃的O2和1℃的H2平均動能相同，1℃的O2小于1℃的H2平均速率。理想氣體等溫過程玻意耳定律：PV＝C等容過程查理定律：P/T＝C等壓過程蓋—呂薩克定律：V/T＝C電磁學知識結構體系電磁學包括：電學和磁學兩大部分。包括電性和磁性交互關系，主要研究電磁波、電磁場以及有關電荷、帶電物體的動力學，二者很難清晰分割。電磁場和電磁波電磁場是電磁作用的媒遞物，具有能量和動量，物質存在的一種形式。其性質、特征及運動變化規(guī)律由麥克斯韋方程組確定。電磁場總是以光速向四周傳播，形成電磁波。光學知識結構體系幾何光學幾何光學本影半影日食月食小孔成像發(fā)射光譜由發(fā)光物體直接產生的光譜叫發(fā)射光譜。物理光學折射定律光線從第一種媒質射入第二種媒質時,入射線、折射線與法線共面，且分居法線兩側；入射角(i)與折射角(r)正弦的比值為一常量n，n=sini/sinr(n由兩種媒質種類決定)，稱為第二種媒質對第一種媒質的折射率。如第一種媒質是空氣或真空，n又稱為第二種媒質的折射率。光的直線傳播(均勻介質)光的反射反射定律入射線、反射線與法線共面，且分居法線兩側，入射角=反射角。光的折射全反射現(xiàn)象光線從空氣或真空中射向其它媒質(n密＞n疏)時，當入射角≧臨界角C時，折射光線完全消失,反射光最強.這種現(xiàn)象叫做全反射。SinC=1/n全反射棱射橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡。吸收光譜連續(xù)光譜中某些波長的光被物質吸收后產生的光譜真空中光速c=3.0×108米/秒平面鏡成像特點：成虛像;像與物等大小,正立,且與鏡面位置對稱。棱鏡光從玻璃棱鏡的一個側面射入，從另一個側面射出時，出射光線跟入射光線相比，向底面偏折。明線光譜（線狀譜）由一些不連續(xù)的亮線組成的光譜。各種元素都有一定的線狀譜，元素不同，線狀譜不同，故又稱原子光譜。光的色散一束白光通過三棱鏡后發(fā)生色散,形成按一定次序(紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫)排列的光譜。色散現(xiàn)象表明：白光是由各種單色光組成的復色光，同種媒質對不同色光的折射率不同，對紫光折射率最大，對紅光折射率最小。光的本性光譜光的波動性光的粒子性連續(xù)光譜由連續(xù)分布的一切波長的光組成的光譜。光譜分析根據(jù)光譜來鑒別質和確定它的化學組成，這種方法叫光譜分析。做光譜分析時，可利用明線光譜也可以利用吸收光譜。光電效應在光的照射下，物體發(fā)射電子的現(xiàn)象叫光電效應。特點：①入射光的頻率必須大于被照射金屬的極限頻率，才可以發(fā)生；②光電子的最大初動能隨入射光的頻率增大而增大；③光電子的發(fā)射是光照瞬間進行的；④光電流的強度與入射光強度成正比。光子光在空間傳播不是連續(xù)的，是一份一份的，每一份叫做一個光子。光子的能量E=hv，h=6.63×10－34焦·秒，稱普朗克常量。愛因斯坦的光電方程：hv－W=mv2，其中W為逸出功，mv2為光電子最大初動能。光的衍射光的干涉（雙縫干涉、薄膜干涉）干涉的應用光的波粒二象性光既有波動性，又有粒子性，故認為光具有波粒二象性（這里的波動性和粒子性都是微觀世界