高二物理竞赛总复习.ppt

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1、1,物 理 总 复 习,2,主 要 内 容,第一部分：力学第二部分：热学第三部分：电学,（运动学、动力学、动量和角动量、功和能、刚体的定轴转动、狭义相对论）,（温度和气体动理论、热力学第一定律、热力学第二定律）,（静电场、静电场中的导体和电介质）,3,第 一 部 分,力 学,4,第一/二章 总 结,一、基本概念,1、质点：在研究的问题中，大小和形状可以忽略的物 体，视为一个具有一定质量的点。,2、质点运动的矢量描述：,位置矢量：用以确定质点位置的矢量。,速度：质点位置矢量对时间的变化率。,加速度：质点速度对时间的变化率。,三者的关系：,5,性质： 相对性；矢量性；瞬时性；,直角坐标系中分量表示

2、：,方向：沿质点运动轨迹的切线而指向运动的前方,3、惯性、质量、力（常见力、基本力）。,6,二、基本规律,1、匀加速运动：,2、匀加速直线运动：,3、抛体运动：,为常量,7,4、曲线（圆周）运动：,角速度：,角加速度：,加速度：,法向加速度：,切向加速度：,8,5、运动描述的相对性（加利略变换）：,例如：人在匀速运动的车上行走,分量式,6、牛顿三定律：,9,三、基本方法,运动学的两类问题：,（1）已知运动方程求速度、加速度（求导）,（2）已知速度或加速度、初始条件求运动方程（积分）,动力学问题（牛顿定律的应用）：,注意： 牛顿定律只适用于惯性系。,用牛顿运动定律解题基本要诀：,认物体,10,质

3、点受变力作用而运动时，在列出牛顿定律分量式后，要通过分离变量再积分的方法求解相应的运动问题。,变力问题：,11,解:,例1 如图长为l的轻绳，一端系质量为m的小球，另一端系于定点O，t=0时小球位于最低位置，并具有水平速度 ，求小球在任意位置的速率及绳的张力。,对小球：,12,一、动量定理 动量守恒定律,质点动量定理,质点系的动量定理：,只有外力才能改变质点系的总动量，内力可使质点系内各质点的动量重新分配，但不能改变总动量。,第三章第四章总结,13,积分形式：,角动量守恒定律,二、角动量定理、角动量守恒定律,质点所受的合外力矩，等于质点角动量对时间的变化率。,角动量定理,14,三、功,四、动能

4、定理,质点的动能定理：,质点系的动能定理:,15,五、保守力的功 势能,保守力的功：,六、功能原理 机械能守恒定律,功能原理：,16,质心位矢：,N个质点组成的质点系：,分量式：,质量连续分布物体的质心：,七、质心,17,质心的速度,质心的动量,质心运动定理,八、质心运动定理,无论质量如何分布，也不论外力作用在什么位置，质心的运动就像是质点系的全部质量集中于质心，所有外力也集中作用于质心的一个质点的运动，且与质点系的内力无关。,18,灵活的头脑，应灵活地使用 运动定理和原理。,质点系的运动定理和原理,动量定理,角动量定理,动能定理,功能原理,19,例2 已知船的质量 M=300kg , 人的质

5、量m=60kg ,开始船速V1=2 ms-1 ，人跳离后，船速V2=1 ms-1 求：起跳时人相对于船的水平速度 v人-船。,分析：,跳 前,水平方向动量守恒,解：,跳 后,20,一、描述刚体转动的物理量,角位移,角速度,与线量的关系,角加速度,第五章 刚体的定轴转动 总结,二、刚体定轴匀加速转动方程,21,三、刚体定轴转动定律,转动定律是解决刚体定轴转动问题的基本方程与经典力学中牛顿第二定律的地位相当,应用转动定律解题步骤与牛顿第二定律时完全相同,刚体所受的对于某一固定转轴的合外力矩等于刚体对此转轴的转动惯量与刚体在此合外力矩作用下所获得的角加速度的乘积。,注意：转动定律中的 M、J、 均对

6、同一转轴。,力矩,22,四、转动惯量,(1) 对于通过棒的一端与棒垂直的轴：(2) 对于通过棒的中心与棒垂直的轴：,(3) 圆环绕中心轴旋转的转动惯量：,(4) 圆盘绕中心轴旋转的转动惯量：,(5) 薄球壳（球体）：,反映刚体转动惯性大小的物理量。,质量连续分布的刚体:,定义：刚体对固定轴的转动惯量等于各质元质量与其至转轴的垂直距离的平方的乘积之和。,质点系：,23,五、平行轴定理,d,C,m,z,:刚体绕任意平行质心轴的转动惯量,:刚体绕通过质心的轴的转动惯量,:两轴间垂直距离,例 均匀细棒的转动惯量,M,L,C,24,六、刚体定轴转动的动能定理,力矩的功,刚体定轴转动动能,力矩,方向：右手

7、螺旋法则,25,当,七、刚体定轴转动角动量定理,转轴给定时，作用于刚体的冲量矩等于角动量的增量。,26,质 量,动量矩,动量定理,动量矩定理,动量守恒,质点运动,刚体定轴转动,转动惯量,力,力矩,第二定律,转动定律,动 量,动量矩守恒,力 的 功,力矩的功,动 能,转动动能,动能定理,转动动能定理,27,例3 一长为l、质量为m的均质细杆，可绕光滑轴O在铅直面内摆动。当杆静止时，一颗质量为m0的子弹水平射入与轴相距为a处的杆内，并留在杆中，使杆能偏转到与竖直方向成角。求子弹的初速v0。,为子弹射入杆后系统对轴O的转动惯量。,解：子弹射入细杆过程时间极短，可以认为细杆仍处于竖直位置。考虑子弹和细

8、杆所组成的系统，系统的外力为子弹、细杆所受重力及轴的支撑力，但这些力对轴O均无力矩，故系统的角动量守恒。子弹射入细杆前后，系统的角动量分别为,28,由角动量守恒有：,子弹射入细杆后，子弹随细杆一起绕轴O转动。在整个过程中只有保守内力做功，因此系统的机械能守恒。选取细杆处在竖直位置时子弹的位置为重力势能零点，系统的始末态的机械能分别为,由机械能守恒:,29,第六章 狭义相对论 总结,一、伽利略变换,z,坐标变换,正变换,逆变换,30,速度变换,加速度变换,正变换,逆变换,31,在所有的惯性系中，光在真空中的传播速率具有相同的值,二、狭义相对论的基本原理,1、相对性原理,物理定律在所有惯性系中具有

9、相同的表述形式,2、光速不变原理,包括两个意思：,光速不随观察者的运动而变化,光速不随光源的运动而变化,32,结论：同时性是相对的。,在S系中两接受器同时接受到闪光信号,在S系中A先接受到，B后接受到闪光信号,三、同时性的相对性,在S系中，A、B 处，分别放置信号接收器，在中点M处放置光信号发生器。分析S、 S系两接收器接收到闪光的情况。,33,四、时间（爱因斯坦）延缓,3 时间延缓是一种相对效应 。,2 时间的流逝不是绝对的，运动将改变时间的进程。（例如新陈代谢、放射性的衰变、寿命等 。 ）,1 固有时：在某一参考系中同一地点先后发生的两个事件之间的时间间隔叫固有时，固有时最短。测量时大于固

10、有时。, 牛顿绝对时间的概念,4 时， 。,即S系中的观察者把相对于他运动的那只S 系中的钟和自己的许多同步的钟对比，发现那只钟慢了，那只运动的钟的一秒对应于这许多静止的同步的钟的好几秒。这个效应叫做运动的钟时间延缓。,34,沿棒长度方向相对棒运动的观测者测得的棒长 l ，较相对棒静止观测者测得的同一棒的固有长度l 0 要短。,1 长度收缩效应,4 长度收缩效应是相对的。,在不同惯性系中测量同一棒长，以固有长度为最长。,3 长度收缩效应是同时性相对性的直接结果。,2 当 时，, 牛顿绝对空间的概念,五、长度收缩,35,六、洛伦兹变换,长度收缩,时间延缓,坐标变换,36,伽利略变换（绝对时空）,

11、洛仑兹变换（相对论时空 ）,伽利略变换是洛仑兹变换的低速近似：,uc,37,相对论速度变换式,逆变换,正变换,38,七、狭义相对论动力学基础,1、相对论质量,2、相对论动量,3、相对论能量,总能量：,动能：,39,4、 相对论动量和能量的关系,记住这个三角形,40,例4 火箭上有一天线长l0=1m，以=450角伸出体外，火箭沿水平方向以 的速度飞行，求地面观测者测得其长度和倾角为多少？,解：以火箭为S系，地面为S系,41,解：考虑相对论效应，取容器为 系，则在 系中，粒子从尾部到前端时间为,则在地面上（ 系）测得时间为,此处不是固有时间！（不是发生在同一地点！）,所以,例5 设一容器长 ，以速

12、率 沿长度方向运动，某时刻由容器尾部沿长度方向发射一粒子弹以相对容器 飞行，求在地面观察，该粒子从尾部到前端时间,42,第 二 部 分,热 学,43,总结,一、理想气体状态方程,二、分子平均碰撞频率和平均自由程,分子平均碰撞频率,平均自由程,44,三、理想气体压强公式、温度公式,是表征宏观量与微观量的统计平均值之间联系的一个统计规律，说明了压强和温度的微观实质。,温度是气体分子平均平动动能的量度，也是表征大量分子热运动剧烈程度的物理量。,压强是大量分子与容器壁发生碰撞， 从而对容器壁产生冲力的宏观效果。,气体压强的微观机制：,温度的微观意义：,45,四、理想气体的内能,分子的平均能量：,单原子

13、分子：,刚性双原子分子：,刚性多原子分子：,能量均分定理：气体平衡态时，分子任何一自由度的平均能量相等，均为,46,1) 理想气体的内能仅是温度T 的单值函数，即 E = E(T) 2) 对1mol的理想气体：,47,五、麦克斯韦速率分布律,分布曲线：,速率分布函数：,速率在速率v所在的单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比。,三种统计速率：,物理意义：,48,说明下列各式的物理意义：,速率在v1 v2区间内的分子数占 总分子数的百分比。,速率在 的分子数占总分子数的百分比。,速率在v1 v2区间内的分子数。,v1 v2速率区间内的分子的平均速率,整个速率区间内分子的平均速率。,速率在 的分

14、子数。,49,六、功（体积变化所做的功）,曲线AB下的面积,外界与系统之间不仅作功，而且传递热量，则有,七、热力学第一定律,50,八、循环过程及其效率,热机的效率：,致冷机的致冷系数：,卡诺循环的效率：,卡诺致冷机的致冷系数：,51,九、热力学第二定律,不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起其它变化（即热量不可能自动地从低温物体传向高温物体） 热力学第二定律的克劳修斯表述。,不可能从单一热源吸取热量，使它完全变为有用功而不引起其它变化（即热全部变为功的过程是不可能的） 热力学第二定律的开尔文表述。,第二类永动机违反了热力学第二定律，是不可能造成的。,不可逆性的微观本质：一切自然过程总是

15、沿着分子热运动的无序性增大的方向进行。,52,十、熵增加原理 （热力学第二定律的数学表述）,一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。,53,四种热力学过程的主要公式,过程,过程方程,等体,等压,等温,绝热,54,例4.4 导体中自由电子的运动可以看作类似于气体分子的运动，所以通常称导体中的自由电子为电子气。设导体中共有N个自由电子，电子气中电子最大速率为vf（称为费米速率）。电子的速率分布函数为,求：(1) 用vf定出常数A； (2) 求电子的平均速率。,解：(1) 归一化条件：,(2),55,第 三 部 分,电 学,56,总 结,二、电场强度,一、库仑定律,注意：在具体计算时，要先分解，

16、再积分。,点电荷的场强,带电体的场强,1 定义法（场强叠加原理）,57,2 定理法（高斯定理）,适合高度对称的电场,常见的电量分布的对称性(均匀带电) 球对称 柱对称 面对称,58, 由电势求场强,适用于电势已知的具有简单对称的电场,4 补偿法,依据电荷守恒,适用于欠缺部分为规则形状,59,几种特殊带电体的场强分布, 无限大带电平面,60, 无限长均匀带电细杆, 无限长均匀带电圆柱体, 无限长均匀带电圆柱面,61, 均匀带电球面, 均匀带电球体,62, 均匀带电圆环轴线上一点, 均匀带电圆平面轴线上一点,环心处场强为零, 过渡到点电荷场强,63,三、电势,点电荷的电势,电势的计算,1 叠加法,2 定义法,已知场强分布的前提下，用方法二简单。,电势差,电势,b为势能零点,64,四、电场力的功,顺序,五、静电场的规律,静电场对,导体静电感应（感应电荷）,电介质电极化（极化电荷）,65,六、电容器的电容,串联,并联,七、电场的能量,1 电容器的能量,孤立导体的电容,两导体构成电容器的电容,66,八、求电容的方法, 定义法, 能量法,设出 Q,D,E,2 电场的能量,注意：积分区间为所有有电场存在的空间。,67,平行板电容器,圆柱形电容器,球形电容器,几种常见电容器的电容,结束,