力学知识结构体系.docx
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力学知识结构体系
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)(注:
点击下载效果最好)1静力学
2、运动力学
机
械
振
动
自
由
振
动
F
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/Tox-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=-kx=—mo2x
基本模型:
①单摆(e T=2出 Vg ②弹簧振子: rm T乂k, x(t)二Acos(t);v=A・■cos(.t亠': ;亠); 2 阻尼振动X疑义: Acos逐渐减小的自 由振动叫阻尼振动。 特征: 振幅递减 原因: 振动能逐渐转化为其他形式的能。 受迫振动定义: 物体在周期性外力 (驱动力)作用下的振动叫受迫振动。 特征: 受迫振动稳定后的频率等于驱动 力的频率;而当驱动力的频率接近振动物体的固有频率时,受迫振动振幅增大 波的形成条件波源和介质 波的形成原因介质质点之间有相互作用 波的实质 传递振动的形式、能量和信息,质点并不随着波动而迁移;后一质点的振动滞后于前一质点,且重复前一质点的振动;每个质点的的起振方向是相同 波的例子: 声波(超声波、次声波、可听声波 机械波振动在媒质中传播形成波;媒质各点都在各自平衡位置附近振动但不随波形一起迁移,波是能量传递的一种形式。 描述量: 波幅A,波长入,波速V,周期T,频率f。 描述公式: V=”T=入;f波速大小由传播振动的介质特性所决定;波的频率等于质点振动频率,大小由振源决定,与介质无关;波长由波源和介质决定 波的图像: 表述了某一时刻各个质点偏离平衡位置的状况。 为正弦曲线或余弦曲线(与振动图像很相似,但是有本质区别)波的类型: 横波和纵波。 干涉波的叠加: 两列波重叠区域,任何一点的位移等于两列波引起的位移的矢量和。 二列频率相同、振动方向相同的波相遇,使媒质中有的地方振动加强,有的地方振动减弱,且加强与减弱部分相间隔的现象叫波的干涉。 干涉是波特有的现象。 干涉区域内某点是振动最强点还是振动最弱点的充要条件: 1最强: 该点到两个波源的路程之 差是波长的整数倍,即5=nX 2最弱: 该点到两个波源的路程之 差是半波长的奇数倍,即S=2n+1)2/2 3、动力学 功功是能量转换的量度,即: 有功必有能量形式的转换•做了多少功就有多少能量发生了形式 转换。 W=FScos(x(两个要素: ①力②力方向上有位移)单位: 焦(J) 正功: 表示动力功(即力与位移夹角小于90°)。 负功: 表示阻力功(即力与位移夹角大于90°。 ) mgh|mv; mgdmv2 机械能守恒定律(动能和势能统称机械能)机械能E二EkEp 在只有重力做功的情形下,物体的动能和重力势能发生相互转化,但机械能的总量保持不变。 同样,在只有弹力做功的情形下,物体的动能和弹性势能发生相互转化,机械能总量也保持不变。 热学知识结构体系 (热学包括热力学、统计物理学,分子动理论是热现象微观理论的基础) 分 子 动 - 理 论 物质是由大量分子组成的①油膜法测分子 直径②分子直径数量级10T°m,分子质量数量 级10「26kg③阿伏伽德罗常数Na=6.02X1023mol 。 是联系微观世界和宏观世界的桥梁。 它把物 质的摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量和分子质量、分子体积这些微观物理量联系起来了。 分子热运动分子永不停息地做无规则运动①扩散现象;②布朗运动 分子间作用力分子间存在相互作用力,且 引力和斥力同时存在,都随距离增大而减小。 且斥力减小得快。 分子间作用力的合力称之为分子力。 热 八、、学的基本知识 分子的动能: 分子由于热运动而具有的能量;由温度T决定。 温度的微观含义: 分子平均动能大小的标志,反映分子热运动的激烈程度 物体的内能 分子势能分子间由相互作用力和相对位置 决定的能量。 分子势能在微观上决定着分子间距。 宏观上决定着物体的体积V 物体的内能组成物体的所有分子的动能和势能的总和;内能是宏观量,只对大量分子组成的物体有意义,对个别分子无意义。 物体的内能由分子数量(物质的量)、温度(分子平均动能)、体积(分子间势能)决定,与物体的宏观机械运动状态无关•内能与机械能无必然联系 改变物体内能的方式①做功: 其他形式 的能与内能转化;②热传递: 物体间(或物体各部分之间)内能的转移。 二者虽然是等效,但本质不同。 | 能量守恒定律能量既不会凭空消失,也不 会凭空产生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。 热 八、、 和 功 扩散不同的物质相互接触时,彼此进入对方的现象。 扩散现象说明了分子不停地做无规则运动及分子间有间隙。 温度越高,扩散过程就越快,这说明温度越高,分子的无规则运动的速度就越大。 布朗运动悬浮在液体中的固体颗粒永不停息的无规则运动。 形成条件: 微粒足够小;温度越高,运动越激烈;观察到的是固体微粒(非液体和固体分子)的无规则运动,反映的是液体分子运动的无规则性;实验中描绘的是某固体微粒每隔30s的位置连线,不是该微粒的运动轨迹。 r0=1010m;r=r0时,f引=彳斥;r>r°时,f引>f斥;r 温度是分子平均动能大小的标志,温度相同时任 何物体的分子平均动能相等,但平均速率一般不等(分子质量不同);分子力做正功分子势能减少,分子力做负功分子势能增加;分子势能为零一共有两处,一处在无穷远处,另一处小于ro, 分子力为零时分子势能最小,而不是零;理想气体分子间作用力为零,分子势能为零,只有分子动能。 r=ro时,最小; 分子势能增加, 小;r r>ro时,r增大,则分子力做功, r减小,分子力做正功,势能减 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 热力学第一定律一个热力学系统的内能 增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。 即外界对物体所做的功W加上物体 从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加△U,即△U=Q+W。 其中,当外界对物体做功时W取正,物体克服外力做功时W取负;当物体从外界吸热时Q取正,物体向外界放热时Q取负;△U为正表示物体内能增加,△U为负表示物体内能减小。 热力学第二定律①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)。 ②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)。 ③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: ①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。 ②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4T=△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 至叽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。 气体的性质 气 体 的 状 态 气 体 状 态 描 述 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 物质的量: 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: ①气体分子的平均动能,②分子的密集程度 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。 体积: 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 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: PV=nRT, PMP2V2 T1=T2 等温过程 等容过程等压过程 玻意耳定律: PV=C 查理定律: P/T=C 盖一吕萨克定律: V/T=C 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”。 「C的02和1C的H2平均动能相同,「C的。 2小于1C的H2平均速率。 热力学温度(T)与摄氏温度(t)的关系T= t+273.15(K) 说明: ①两种温度数值不同,但改变1K和1C的 温度差相同②0K是低温的极限,只能无限接近,但不可能达到。 ③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0C,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—273C规 定为0K),所以T=t+273 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。 温度越咼,内能越大。 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。 理想气体内能变化情况看温度。 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) —T TiVT2 ViVV2 等容变化图线 等温变化图线 ①等温变化图线为双曲线的一支,等容线均为过原点的直线(之所以原点附近为虚线, piVP2 等压变化图线 (压)变化图 表示 温度太低了,规律不再满足);②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;③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 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。 冷永磁体磁场 磁 场; 电磁感 应勺 磁场的产生 直线电流磁场 ft 磁场对电流培ft=BIL 方向: 左手定则 U电流的磁做应通电螺线管磁场 力磁场对运动洛仑兹力BqVr方向: 左手定则 磁场 * 的性 质, b 磁感应强度! 。 单位特牛安•米 IL 或韦米矢量性的方向即磁场方BFL的方向关左手定确定。 带电粒子在磁场中的受洛 力,'且1B时有BqV=m; R 通电导线在复合场中的平衡、运动 带电粒子在复合场中的运动 磁感线意义: ①磁感线的疏密表示磁场强—2m弱;②磁感线的方向表示磁场方向 朋定义因为磁通量变化产生感应电动 化有两方闭合电路中一部分导场发生相对运面的 含义 产生条件 穿过闭合电路的磁场发生变化 R=,T=-'BqBq a闭合电路中的一部分导体与法拉场发生相对运动(是导体 子随导体一起运动洛伦兹的磁感-力勺一个分力使自由电子发生定可移动形成电流动称为流 中勺 动生电动势大小LV 动生电流方向: 右手 定则 律㈠ 发生变化 U(这时,变化的磁场周产生感 自感现象于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。 由自感而产生的电动势为电动势 互感现象相邻的载流回路,其中任一回路中的电流强度发生变化另一回路中应电动势。 这一电动势称为互感电动势 1产生感 b.穿过闭合电路的磁场 电场使导体中的自由电子形成电流,感生电流 向移律) 场,感生电动势大小|_感生电流方向: 楞次 定律 自互感现象的应用 变压器 U2眨 p出=P理想变压器 <—— 变电流 即时值U=Uiradtl=sint 有效值U丛iJm 周期、频率、角频率 f灼 0 牛顿运动;定律受丈 动量守恒定律 动量定理* 能量转化和动能守恒定律动能定理电 能量4- 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。 韦 产生原3利用电容器的充放电和线圈自感作用产生振荡电流,形成电场能和磁场能的周期性变化 电磁振荡 麦克斯韦电磁场要地叙述,4可用概括其理论框架4四个方程: 电动力学基本方程一一麦克斯3三个关系: 債此A应; 2两个假说: 涡旋电场和位移电流; 1——壹个预言: 电磁场以波的形式按光速传播 电磁振在电路中,地变化,同时相应 电 磁 场 一E 电-T*兀 才⑷ 电 电 电 Q的电场和磁场周期性: 件中不断转换的现象< 形成变化的电场和磁场从产生的区域向周围空间传播开十 去, 麦克斯韦方程组电场、磁场的行为以及与电密度之间关系的偏微分方程。 由四个方程纟 1描述电荷如何产生电斯定律 2论述磁单极子不存在磁定律 3描述电流和时变电场怎样产生斯安培定律 ④苗述时变磁场如何产生电第感应定律 由效远射电磁波的条率足够高(单位 时间中电磁波的波速为 就形成了电磁波内辐射出的能量 (2)形成开放电路(把电场和鵬/s 特点酗波②传播时不需要③质发生射、折射、干涉、衍射等现象 荷密度、电 场分散到尽可能大的空间离里去) 电磁波的应用磁波的发射和接收频)电视、雷达等 : 调制和调 几何光学 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。 棱镜光从玻璃棱镜的一个侧面射入,从另一个侧面射岀时,岀射光线跟入射光线相比,向底面偏折。 光学知识结构体系 光的 直线 传播 (均匀 介质) 本影半影日食月食小 孔成像 真空中光速c=3.0X108米/秒 光的反射 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,当入射角仝临界角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 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。 f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。 物理光学 光 谱 发射光谱由发光物体直接产生的光谱叫 发射光谱。 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 连续光谱由连续分布的一切波长的光组成的光谱。 光 的 本 性 光的粒子性 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: ①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; ②光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大;③光电子的发射是光照瞬间进行的;④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=6.63X10「34焦.秒,称普朗克常量。 爱因斯坦的光电方程: hv- W=1mv2,其中W为逸出功,2 —mv2为光电子最大初动能。 2 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。 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(波动性和粒子性都是微观世界中的意义)。 原子物理学知识结构体系 原子的结构 原子核
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