📚 高中六科 · 通关手册

物理 · 精讲 10 节 · 40 道选择 + 10 道大题

物理被叫「天书」,一半原因不在公式难,而在符号看不懂:同一个字母 g,既可能是「重力加速度」,又可能是「克」;小写 m 是质量,大写 M 是天体质量;小写 p 是动量,大写 P 是功率。所以第 1 节先把全部符号的念法、意思、单位摊开讲清楚,再往后讲模型。

后面每一节的结构都固定:① 公式 + 口语化翻译(这句公式人话怎么说) → ② 一道大题(点开看分步解答,含「卷面怎么写」) → ③ 4 道随堂测(点选项立刻判对错,选错了会专门告诉你那一个选项错在哪)。

⚠️ 本页所有需要取值的计算都写明 g 取 10 m/s²(题目没特别说明时,高中一般都取 10)。大小写、下标、单位,是物理最容易丢分的三个地方。

目录:10 节内容地图

建议顺序看。第 1 节是「认字」,不认字后面全是天书;2~5 节是力学主干;6~7 节是「能量 + 动量」两大守恒;8~10 节是电磁学。

  1. 物理符号总表 + 单位换算——g、m、μ、Φ 到底念什么、是什么意思
  2. 运动学——三公式、v-t 图面积、自由落体
  3. 牛顿运动定律——三定律、受力分析四步法、超重失重
  4. 曲线运动——平抛、圆周、向心力由谁提供
  5. 万有引力与航天——卫星速度、周期、第一宇宙速度
  6. 功与能——动能定理、机械能守恒、功能关系
  7. 动量——动量定理、动量守恒、碰撞类型
  8. 静电场——场强、电势、电容器、粒子偏转
  9. 恒定电流——闭合电路欧姆定律、电学实验
  10. 磁场 + 电磁感应 + 交变电流——安培力、洛伦兹力、法拉第、楞次、变压器
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物理符号总表 + 单位换算

物理符号有三个坑:① 一个字母干好几份活(T 既是周期又是「特斯拉」);② 大小写是两回事(m 质量 / M 天体质量,p 动量 / P 功率,q 电荷 / Q 热量);③ 下标是限定词(v₀ 初速度、vₜ 末速度、F合 合力、Eₖ 动能)。下面这张表,建议当成「认字课本」直接背。

1.1 物理符号总表(40 个必认符号)

符号念法意思(大白话)单位常见取值 / 备注
m读「艾姆」,小写质量:这个物体「有多少东西」,也就是它有多难推动kg(千克)小写 m 是质量;大写 M 常表示天体或大物体质量
M大写「艾姆」大质量:地球、太阳这类「大块头」的质量kgF=GMm/r² 里 M 是中心天体,m 是绕它转的卫星
g读「记」重力加速度:自由下落时,每秒速度增加多少m/s²(也写 N/kg)地表约 9.8,题目不说就取 10;月球约 1.6
G大写「记」万有引力常量:引力公式里那个固定的「系数」N·m²/kg²6.67×10⁻¹¹。别和 g 混:G 是常数,g 是加速度
v读「威」速度:每秒走多远(有方向,是矢量)m/sv₀ 初速度,vₜ 末速度,v̄ 平均速度
a读「诶」加速度:速度每秒变化多少m/s²a 与 v 同向→加速;反向→减速(a 本身可正可负)
t读「梯」时间:过程持续多久s(秒)也常作下标,表示「末时刻」
T大写「梯」周期:转一圈(往复一次)用多久;也是单位「特斯拉」s / T(特斯拉)周期 T 和绳拉力 T 要按上下文分辨
x读「艾克斯」位移:从起点直连终点、带方向的那条线m和路程 s 不同:绕一圈回来位移是 0
s读「艾斯」路程:实际走过的路径长度;也常用来表示位移m题目里 s 到底指哪个,看有没有强调「往复」
F读「艾弗」力:推、拉、压、吸的作用N(牛)F合 合力,FN 支持力,f 摩擦力
N读「恩」支持力 / 压力(垂直于接触面的力);也是力的单位「牛顿」NN=mg 只在不加速、竖直方向平衡时成立
f小写「艾弗」摩擦力;也常表示频率N / Hz滑动摩擦 f=μN;频率 f=1/T
μ读「谬」动摩擦因数:表面有多「涩」无单位0<μ<1 常见,μ 越小越滑
k读「开」劲度系数(弹簧多硬);也指静电力常量N/m;N·m²/C²弹簧 k 大 = 硬;k=9×10⁹ 是静电常量
W读「达不溜」功:力让物体移动「做了多少事」J(焦)W 也是功率单位「瓦」的符号,看它出现在哪
P大写「屁」功率:每秒做多少功W(瓦)P=Fv;大写 P 功率,小写 p 动量
p小写「屁」动量:质量×速度,「撞上来有多狠」kg·m/sp=mv;小写 p 有时也指压强(Pa),看单位
E读「伊」能量:做功的本领;也指电场强度、电动势J / N·C⁻¹ / V靠单位区分:J 是能量,N/C 是场强,V 是电动势
Eₖ读「伊 · 开」动能:因为运动而具有的能量JEₖ=½mv²,速度翻倍动能变 4 倍
Eₚ读「伊 · 屁」势能:因为位置(或形变)而具有的能量JEₚ=mgh,必须先选零势能面
η读「伊塔」效率:有用的占总共的多少无单位0~1 或百分数,η=W有/W总
U读「优」电压 / 电势差:推动电荷的「压力差」V(伏)U=IR;电源内部叫内电压 Ur
I读「艾」电流:每秒通过多少电荷A(安)I=q/t;I=E/(R+r)
R读「啊」电阻:对电流的阻碍;也指半径Ω(欧)/ mR=ρL/S 是电阻;天体题里 R 是半径
r小写「啊」半径 / 内阻:轨道半径、电源内阻m / ΩE=U+Ir 里的 r 是电源内阻
q小写「扣」电荷量:带多少电C(库)元电荷 e=1.6×10⁻¹⁹ C
Q大写「扣」热量;也常表示电荷量(电容题)J / C焦耳热 Q=I²Rt;电容 Q=CU
C读「西」电容:能存多少电荷;也是库仑单位 CF(法)C=Q/U;比热容也写 c
B读「必」磁感应强度:磁场有多强T(特斯拉)B=F/(IL),要求 I⊥B
Φ读「fai」磁通量:穿过某个面的磁感线有多少根Wb(韦伯)Φ=BS(B⊥S 时)
λ读「兰姆达」波长:相邻两个波峰之间的距离mλ=v/f(波速=波长×频率)
ω读「欧米伽」角速度:每秒转过多少弧度rad/sω=2π/T=2πf;v=ωr
θ读「西塔」夹角:两个方向之间的角°或 radW=Fxcosθ 里 θ 是 F 和位移的夹角
n小写「恩」匝数(线圈绕了几圈);也指折射率匝 / 无单位E=nΔΦ/Δt;n=sin i/sin r
L读「艾尔」长度(棒长、绳长、板长)mE=BLv 里 L 是「切割磁感线的有效长度」
S大写「艾斯」面积;也指横截面积m²R=ρL/S、Φ=BS 里都是面积
ρ读「肉」密度;也指电阻率kg/m³ / Ω·mR=ρL/S 里 ρ 是电阻率
h读「艾尺」高度;也指普朗克常量m / J·sh=6.63×10⁻³⁴ J·s(近代物理里)
Δ读「德尔塔」变化量:末减初(Δv=v₂−v₁)随被减的量Δ 一定是「后 − 前」,别写反

📌 念法不用完全按英文来,但心里要有声音。把「m」读成「质量」、把「μ」读成「摩擦因数」,读题速度会快一倍——这是很多人的隐藏卡点。

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1.2 最容易搞混的 8 组符号(重点看这)

m / M小写 m 是「一般物体」的质量(滑块、小球、卫星);大写 M 专指「大块头」——地球、太阳这类中心天体的质量。F=GMm/r² 里,M 是中心天体,m 是绕着它转的那个。 g / Gg 是重力加速度(m/s²,地表约 9.8,题目常取 10);G 是万有引力常量(6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²),是个永远不变的常数。一个会随地点变,一个打死不变。 p / P小写 p 是动量 p=mv(kg·m/s);大写 P 是功率 P=W/t(W,瓦)。同一道题里两个都可能出现,看单位就能分辨:kg·m/s 是动量,W 是功率。 q / Q小写 q 是电荷量(C);大写 Q 一般是热量(J,如 Q=I²Rt),但在电容器里 Q 也指极板电荷量(Q=CU)。看到 Q 先看它旁边跟着谁。 v / Vv 是速度(m/s);V 是电压的单位「伏特」,也常直接当电压符号用(更规范写 U)。v 和 V 在题目里常常同时出现,别抄错。 t / Tt 是时间(s);T 是周期(转一圈用多久,s),同时也是磁感应强度的单位「特斯拉」(T)。看到 T 先问一句:这里是「秒」还是「特斯拉」? U / uU 是电压 / 电势差(V),一般指恒定值或有效值;小写 u 常表示瞬时值,比如 u=311sin100πt。题目问「电压是多少」时,家用 220 V 指的是有效值 U。 E / eE 有三个身份:能量(J)、电场强度(N/C 或 V/m)、电动势(V)——全靠单位区分。小写 e 常表示元电荷 1.6×10⁻¹⁹ C,或瞬时电动势。
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1.3 单位换算表(高频 12 条)

类别换算关系怎么记
速度1 m/s = 3.6 km/hkm/h → m/s 除以 3.6;m/s → km/h 乘以 3.6
力1 N = 1 kg·m/s²由 F=ma 拆出来的,不是「定义新东西」
功 / 能1 J = 1 N·m = 1 kg·m²/s²由 W=Fs 拆出来
功率1 W = 1 J/s = 1 V·A由 P=W/t 和 P=UI 拆出来
电压1 V = 1 J/C = 1 W/A「每库仑电荷能拿到多少焦耳」
电流1 A = 1 C/s每秒流过多少库仑
电阻1 Ω = 1 V/A每安培需要多少伏特去推
电容1 F = 1 C/V每伏特能存多少库仑
磁感应强度1 T = 1 Wb/m² = 1 N/(A·m)由 F=BIL 拆出来
磁通量1 Wb = 1 T·m² = 1 V·s由 Φ=BS 和 E=ΔΦ/Δt 拆出来
能量(生活)1 kW·h = 3.6×10⁶ J1000 W × 3600 s(1 度电)
能量(微观)1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J一个电子过 1 V 电压获得的能量

💡 单位是你最好的验算工具:算完先看单位对不对。比如求速度算出 kg·m/s,那一定是把它算成动量了,回头查公式。

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1.4 三个必须会的换算示范(每一步都验算)

① 速度:72 km/h 等于多少 m/s? 72 ÷ 3.6 = 20 m/s。验算:20 × 3.6 = 72 ✓

② 电能:1 kW·h 等于多少焦耳? 1 kW·h = 1000 W × 3600 s = 3.6×10⁶ J。这条要背死,因为电费、电功率题全靠它。

③ 电功率:220 V、5 A 的用电器功率多大? P=UI=220×5 = 1100 W = 1.1 kW。开 2 小时耗电 1.1×2 = 2.2 kW·h = 2.2 度。

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1.5 公式翻译机:24 个核心公式的「人话版」

公式不是咒语,每一句都能翻译成一句人话。翻译不出来,说明你只是在背字母。

公式人话翻译什么时候用
v = v₀ + at末速度 = 一开始的速度 + 每秒快多少 × 过了几秒求速度、求时间,不涉及位移
x = v₀t + ½at²走过的距离 = 初速×时间 + 因为加速多补的那一块求位移,不涉及末速度
v² − v₀² = 2ax速度平方差 = 2 × 加速度 × 位移(不含时间)题目不给时间、也不问时间
F合 = ma同样的力,质量越大加速度越小(a=F/m)一切动力学题的核心
G = mg重力 = 质量 × 重力加速度(10 N 大约等于 1 kg 的重量)求重力、求支持力
f = μN摩擦力 = 表面涩不涩 × 压得多紧有摩擦的力学题
F = GMm/r²引力 = 两个质量的乘积 ÷ 距离平方(距离翻倍,引力变 1/4)天体、卫星
W = Fx cosθ功 = 力 × 沿力的方向走了多远(垂直就白费劲)求某力做的功
P = Fv功率 = 力 × 速度(汽车爬坡要降档,就是这个道理)求瞬时功率、牵引力
Eₖ = ½mv²动能:速度翻倍,动能变 4 倍动能定理、碰撞
Eₚ = mgh重力势能:高度翻倍,势能翻倍机械能守恒
p = mv动量 = 质量 × 速度(「撞上来有多狠」)碰撞、爆炸、反冲
Ft = Δp冲量 = 动量变化(想减少冲击力,就拉长作用时间)缓冲、安全气囊、打击
E = F/q场强 = 单位电荷受多大力电场力、场强叠加
U = IR电压 = 电流 × 电阻一切电路题
I = E/(R+r)电流 = 电动势 ÷ 总电阻(别忘了电源自己也有电阻)闭合电路
C = Q/U电容 = 每伏特能存多少电荷电容器
F = BIL安培力 = 磁场 × 电流 × 在磁场里的长度磁场对电流的力
F = qvB洛伦兹力 = 电荷 × 速度 × 磁场带电粒子在磁场中
Φ = BS磁通量 = 磁场强弱 × 穿过去的面积电磁感应第一步
E = BLv切割电动势 = 磁场 × 棒长 × 速度(越快电动势越大)单杆切割
E = nΔΦ/Δt电动势 = 匝数 × 磁通量变化得多快求平均电动势
U₁/U₂ = n₁/n₂电压比 = 匝数比(圈数多的那头电压高)变压器
η = W有/W总效率 = 有用的 ÷ 一共的(剩下的都浪费了)功率、能量题
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1.6 常用常量小卡(背下来省时间)

g ≈ 9.8 m/s²(题中常取 10)  G = 6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²  静电力常量 k = 9×10⁹ N·m²/C²
元电荷 e = 1.6×10⁻¹⁹ C  光速 c = 3×10⁸ m/s  普朗克常量 h = 6.63×10⁻³⁴ J·s
地球半径 R ≈ 6.4×10⁶ m  第一宇宙速度 7.9 km/s  第二宇宙速度 11.2 km/s  第三宇宙速度 16.7 km/s
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例题(大题):单位换算 + 功率,一道题串完

大题单位与功率
某电动自行车电池标着「48 V 20 A·h」,电机额定功率 400 W,最高时速 18 km/h。
(1) 电池充满后储存的电荷量是多少库仑?
(2) 这些电荷在 48 V 下对应的能量是多少焦耳?合多少 kW·h?
(3) 以额定功率 400 W 匀速行驶时,牵引力多大?
(4) 若能量全部用完(不计各种损耗),最多能骑多远?
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 由 I=Q/t 得 Q=It。「A·h」的意思就是「安培 × 小时」,所以先把小时换成秒:
Q = 20 A × 3600 s = 7.2×10⁴ C
卷面就写这两行。本题唯一的坑是「1 h = 3600 s」,不换算直接算会错 3600 倍。

(2) 用电场力做功的公式 E=QU(1 C 电荷过 1 V 电压得到 1 J 能量):
E = 7.2×10⁴ C × 48 V = 3.456×10⁶ J
换算成生活单位:3.456×10⁶ ÷ 3.6×10⁶ = 0.96 kW·h(约 1 度电,和电池上印的 960 Wh 一致,说明算对了)

(3) 先统一单位(物理题最常见的翻车点):v = 18 km/h = 18 ÷ 3.6 = 5 m/s。由 P=Fv 得
F = P/v = 400 W ÷ 5 m/s = 80 N
为什么想到 P=Fv?匀速行驶时牵引力做功全部用来克服阻力,功率就是「力 × 速度」。

(4) 先把「能骑多久」求出来:t = E/P = 3.456×10⁶ J ÷ 400 W = 8640 s = 2.4 h
路程 s = vt = 5 m/s × 8640 s = 4.32×10⁴ m = 43.2 km
用另一条路验算:2.4 h × 18 km/h = 43.2 km ✓(两条路算出来一样,才敢写答案)

【答案】(1) 7.2×10⁴ C (2) 3.456×10⁶ J ≈ 0.96 kW·h (3) 80 N (4) 约 43.2 km

🧠 这道题考的不是物理,是单位意识:A·h 不是 C、km/h 不是 m/s、kW·h 不是 J。换算对了,题就做对了一半。

随堂测(4 题)

2

运动学:三公式 + 两图象

运动学只干一件事:把「速度、位移、时间、加速度」这四个量互相换算。匀变速直线运动一共三个公式,加两个推论,一套吃遍所有题。

2.1 三个基本公式(先翻译成中文再背)

v = v0 + at   x = v0t + 12at2   v2 − v02 = 2ax

🧠 人话翻译:

📌 三选一的判断口诀:题里有 t 用式一,有 v 用式二,t、v 都没有(也不求)用式三。

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2.2 两个常用推论

v̄ = x/t = (v0+v)/2 (平均速度,只对匀变速成立)  Δx = x2 − x1 = aT2 (逐差,纸带实验用它求 a)

🧠 第一个推论翻译:「匀加速的平均速度,就是初末速度的平均」——所以求位移可以走「平均速度 × 时间」这条捷径。第二个推论翻译:「相邻两段相等时间内的位移差,永远是 aT²」,纸带打点实验里量出长度就能反求加速度。

还有一条常考:中间时刻的速度 = 平均速度 = (v₀+v)/2;中间位置的速度 = √((v₀²+v²)/2),恒有 vx/2 > vt/2(因为后半程走得快)。

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2.3 两种图象:面积和斜率的「领地」

图象斜率表示面积表示关键读法
x–t 图(位移–时间)速度 v无意义(别去算面积)切线斜率 = 瞬时速度;两线交点 = 相遇;水平段 = 静止
v–t 图(速度–时间)加速度 a位移 x图线在 t 轴下方 → 面积为负位移;交点 = 速度相等(追及题的临界点)

🧠 v-t 图面积 = 位移怎么理解?「速度 × 时间 = 走过的距离」,而图上每一条细竖条就是「某一瞬间的速度 × 一小段时间」,把竖条全加起来就是面积。所以

匀速段:矩形面积 x = vt  匀变速段:梯形(或三角形)面积 x = (v0+v)2 · t
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2.4 自由落体:初速为 0、加速度为 g 的匀加速

v = gt  h = 12gt2  v2 = 2gh

🧠 翻译:「自由落体就是 v₀=0、a=g 的匀加速」,所以三个公式全部照抄,只把 v₀ 取 0、a 换成 g、x 换成 h。下落 1 s 是 5 m,2 s 是 20 m,3 s 是 45 m——时间翻倍,距离变 4 倍。

⚠️ 竖直上抛可以全程当成 a = −g 的匀变速直线运动处理,不用分两段算。上升和下降对同一高度速度大小相等、时间相等。

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2.5 三个高频陷阱(考试就考这几句)

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例题(大题):刹车 + 追及,一道题把坑全踩一遍

大题运动学
汽车以 v₀=20 m/s 在平直公路上行驶,司机突然发现正前方 x₀=25 m 处有一辆自行车,正以 6 m/s 同方向匀速前进。司机立即刹车,刹车加速度大小为 4 m/s²(不转向,两车都当质点)。
(1) 求汽车从刹车到停止所用的时间和这段位移;
(2) 通过计算判断两车会不会相撞;
(3) 若不相撞,求两车之间的最小距离。
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 刹车是匀减速,取运动方向为正,则 a = −4 m/s²。
车停时 v = 0,由 v = v₀ + at 得
t停 = (0 − v₀)/a = (0 − 20)/(−4) = 5 s
再用 v² − v₀² = 2ax(这道题问位移、不问时间末速度,用不含 t 的式子最省事):
x车 = (0 − v₀²)/(2a) = (0 − 400)/(2×(−4)) = 400/8 = 50 m
卷面提示:先写「取初速方向为正」,再写 a = −4 m/s²。符号不交代,阅卷老师会判你公式错。

(2) ⚠️ 这里是最容易错的一步。很多同学算到 x车 = 50 m,再算自行车走 6×5 = 30 m,加上间隔 25 m 得 55 m,50 < 55,于是判「不相撞」——这个推理是不严谨的:两车不一定在汽车停下那一刻最近。
正确做法:找速度相等的时刻(此时距离取极值)。设刹车后 t 秒两车速度相等:
20 − 4t = 6 ⇒ t = 3.5 s
此时汽车位移:x₁ = v₀t + ½at² = 20×3.5 − ½×4×3.5² = 70 − 24.5 = 45.5 m
此时自行车位移:x₂ = 6×3.5 = 21 m,位置在 25 + 21 = 46 m
距离 = 46 − 45.5 = 0.5 m > 0,说明在「最近的那一刻」还没碰上,所以不会相撞。
再确认之后距离会变大:t=3.5 s 后汽车比自行车慢(汽车越来越慢),两者的距离只会拉开。极限情况下汽车停在 50 m 处,自行车到时在 25+6×5 = 55 m 处,相距 5 m,确实安全。

(3) 由 (2) 可知最小距离就是速度相等那一刻的距离:
Δxmin = 46 − 45.5 = 0.5 m

【答案】(1) 5 s,50 m (2) 不会相撞 (3) 最小距离 0.5 m

🧠 这道题的价值观:「速度相等时距离取极值」是追及题的唯一钥匙。只用「最后停在哪」去比较,一旦中途撞上就会漏判。0.5 m 这么小的余量,也说明出题人就是想考你有没有找临界点。

随堂测(4 题)

3

牛顿运动定律

力学的地基。做题顺序永远是:选对象 → 画受力 → 正交分解 → 列 F=ma。这四步不乱,力学题就废不了。

3.1 三定律:一句话一条

定律内容考试怎么考
牛顿第一定律(惯性定律)不受外力时,物体保持静止或匀速直线运动惯性只与质量有关,与速度、受力无关。「速度大惯性大」是错的
牛顿第二定律F合 = ma瞬时性(力一变 a 立刻变)、矢量性(a 与 F合同向)、同体性(F 和 m 必须是同一个物体)
牛顿第三定律作用力与反作用力等大、反向、同性质、作用在两个不同物体上和「平衡力」的区别:平衡力作用在同一物体上,作用力反作用力作用在两个物体上,不能求合力
F合 = ma  G = mg  f = μN(滑动摩擦)  F = kx(胡克定律,弹簧弹力)

🧠 翻译 F=ma:「同样的力,质量越大,加速度越小」。推空车比推满车轻松,就是这一句。而 a = F/m 说明它是「除」的关系——很多人算成乘,结果差一个 m²。

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3.2 受力分析四步法(照着做,不漏不多)

  1. 定对象:把要研究的物体(或整个系统)单独「拎」出来,画出它的轮廓,别的全部涂掉。
  2. 按固定顺序画力:重力 → 弹力(绳、杆、面)→ 摩擦力 → 其他力(电场力、洛伦兹力、安培力)。顺序固定,才不会漏力、也不会凭空多一个力。
  3. 查运动状态:静止或匀速 → 合力为零,列平衡方程;有加速度 → 沿加速度方向列 F合 = ma。
  4. 正交分解:一般把 x 轴建在加速度方向上,y 轴垂直它,这样 y 方向合力为 0,方程最简单。

⚠️ 最常见的三个错:① 把「作用力与反作用力」都画在同一个物体上(多力);② 忘了「支持力不是永远等于 mg」(有竖直加速度时会变);③ 摩擦力方向凭感觉画(应该看相对运动或相对运动趋势的方向)。

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3.3 整体法与隔离法

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3.4 超重与失重:只看加速度方向

状态加速度方向支持力 N现象
平衡(静止 / 匀速)a = 0N = mg示数正常
超重向上(加速上升 或 减速下降)N = m(g+a) > mg体重计示数变大,人觉得「沉」
失重向下(加速下降 或 减速上升)N = m(g−a) < mg示数变小,人觉得「飘」
完全失重向下且 a = gN = 0一切「浮、落、摆」现象消失(空间站里就是这样)

🧠 一句话记牢:超重失重看加速度方向,不看速度方向。加速上升是超重,减速上升却是失重——很多选择题就靠这个「反直觉」下套。

推导只要一步:向上为正,N − mg = ma ⇒ N = m(g+a)。所以「合力向上」= 超重。

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3.5 连接体模型(高考最爱的力学模型)

两个物体用绳 / 杆相连,或者叠放、互相挤压,它们的加速度相同(或大小相同)。做法固定:整体法求 a,隔离法求接触力。挤压模型里还有一个快结论:

推 A、A 推 B(水平面光滑):a = FmA+mB   A 对 B 的作用力 FAB = mBmA+mB · F

注意:「按质量比分」分的是被推的那个。A 推 B,就是按 B 的质量占比分力——记错方向最常丢分。验算方法:对 A 单独列式,F − FAB 应该正好等于 mAa。

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例题(大题):斜面上的滑块,把四步法走一遍

大题牛顿定律
倾角 θ=37° 的固定斜面(sin37°=0.6,cos37°=0.8),质量 m=2 kg 的物块从斜面顶端由静止下滑,斜面长 L=4 m,物块与斜面间的动摩擦因数 μ=0.5。g 取 10 m/s²。
(1) 求物块下滑的加速度大小;
(2) 求物块滑到斜面底端的速度大小和所用时间;
(3) 若 μ 可以调整,求物块能静止在斜面上的最小 μ。
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 第一步受力分析:物块受重力 mg、斜面支持力 N、滑动摩擦力 f,共三个力。第二步正交分解:沿斜面建 x 轴(正方向朝下),垂直斜面建 y 轴。
y 方向没有加速度,合力为零:
N = mg cosθ = 2×10×0.8 = 16 N
由 f = μN 得:f = 0.5 × 16 = 8 N
x 方向列 F合 = ma(沿斜面向下的重力分量 − 摩擦力):
mg sinθ − f = ma ⇒ (2×10×0.6) − 8 = 2a ⇒ 12 − 8 = 2a
a = 4/2 = 2 m/s²
卷面提示:一定要写出「N = mg cosθ」这一行。直接写「f = μmg」是致命错——斜面上支持力不是 mg。

(2) 已知 v₀=0、a=2 m/s²、x=L=4 m,求 v。用不含 t 的式子最快:
v² = 2aL = 2×2×4 = 16 ⇒ v = 4 m/s
再求时间:由 v = at 得 t = v/a = 4/2 = 2 s。
验算(换一个公式):x = ½at² = ½×2×2² = 4 m ✓ 与题给斜面长一致,说明 (1) 的加速度算对了。

(3) 「静止在斜面上」= 合力为零,此时摩擦力是静摩擦力,最大值为 μN。
沿斜面方向:mg sinθ ≤ μ·mg cosθ
两边约掉 mg cosθ(它大于 0):
μ ≥ tanθ = sinθ/cosθ = 0.6/0.8 = 0.75
所以最小 μ = 0.75。
卷面提示:这里要写「≤」并用「恰好不下滑时取等号」,写成等式会丢掉「最小」两字的含义。

【答案】(1) 2 m/s² (2) 4 m/s,2 s (3) μmin = 0.75

🧠 这道题把「四步法」走全了:定对象(物块)→ 画力(重力、支持力、摩擦)→ 查状态(有加速度,沿斜面)→ 正交分解(沿斜面 / 垂直斜面)。斜面上永远先算 N = mg cosθ,这是最值钱的一句话。

随堂测(4 题)

4

曲线运动:平抛与圆周

曲线运动的两条铁律:① 速度方向永远沿轨迹的切线;② 合力一定指向轨迹弯曲的内侧(凹侧)。高中只研究两种:平抛(匀变速曲线)和圆周(变加速曲线)。

4.1 运动的合成与分解

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4.2 平抛运动:水平匀速 + 竖直自由落体

x = v0t   y = 12gt2   vy = gt   tan θ = vyv0

🧠 翻译:平抛就是把一个运动拆成两半——水平方向没人管它,匀速直线;竖直方向只有重力,自由落体。两个方向用同一个 t 串起来,这就是全部。

飞行时间 t = √(2h/g)(只由高度决定,与 v₀ 无关)  水平射程 x = v0√(2h/g)

两个结论要记:① 落地时间只与高度有关,从同一高度平抛,无论水平初速多大,落地时间都一样;② 速度偏角 θ 与位移偏角 α 满足 tanθ = 2tanα,也就是「速度的反向延长线必过水平位移的中点」。

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4.3 圆周运动:三个物理量互相换算

v = ωr = 2πrT   a = v2r = ω2r = 4π2rT2   F向 = mv2r = mω2r

🧠 翻译 v=ωr:「转得一样快时,半径越大线速度越大」(钟表秒针尖比针尾走得快)。翻译 a=v²/r:「速度翻倍,需要的向心加速度变 4 倍」——所以圆周运动里速度越大越容易「甩出去」。

⚠️ 最大的概念坑:向心力不是一种新的力,它是「合力在指向圆心方向上的分量」。受力分析时绝不能画一个「向心力」,只能写「某某力提供向心力」。

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4.4 向心力由谁提供(背这张表)

模型向心力由谁提供临界条件
水平转盘上的物块静摩擦力μmg = mω²r(再快就滑出去)
圆锥摆(绳系小球水平转)重力与绳拉力的合力mg·tanθ = mω²r
汽车过拱形桥最高点mg − NN=0 时 v = √(gR)(再快就飞出去)
汽车过凹形桥最低点N − mgN 最大,此时最「压」桥
竖直圆轨道内侧重力 + 轨道弹力最高点 vmin = √(gR)
轻绳系小球(竖直面)重力 + 绳拉力最高点 vmin = √(gL);若是轻杆则可为 0

🔑 临界问题的通用套路:「刚好」的那个状态,一定是某个力刚好变成 0(通常是弹力或绳拉力),此时只剩下的力(往往只有重力)全部用来提供向心力。

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例题(大题):平抛,四问串起来

大题曲线运动
把一小球从 h=5 m 高的水平桌面边缘,以 v₀=4 m/s 的速度水平抛出,不计空气阻力,g 取 10 m/s²。
(1) 求小球在空中飞行的时间;
(2) 求水平射程;
(3) 求落地时速度的大小,以及速度方向与水平方向夹角的正切值;
(4) 求落地前最后 0.2 s 内小球竖直方向下落的距离。
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 竖直方向是自由落体,与水平初速完全无关:
h = ½gt² ⇒ t = √(2h/g) = √(2×5/10) = √1 = 1 s
卷面提示:写明「竖直方向:自由落体」。这一句是这道题能不能拿分的关键。

(2) 水平方向匀速直线,用的是同一个 t:
x = v₀t = 4×1 = 4 m

(3) 落地时竖直分速度:vy = gt = 10×1 = 10 m/s
合速度:v = √(v₀² + vy²) = √(4² + 10²) = √116 ≈ 10.8 m/s
方向:tanθ = vy/v₀ = 10/4 = 2.5(θ ≈ 68°,很陡,因为竖直速度远大于水平速度)
注意:合速度不是两速度相加(10+4=14 是典型错解)。速度是矢量,要按勾股定理合成。

(4) 最后 0.2 s 对应 t 从 0.8 s 到 1.0 s。竖直位移就是这个区间的 y 之差:
y(1.0) = ½×10×1.0² = 5 m  y(0.8) = ½×10×0.8² = 3.2 m
Δy = 5 − 3.2 = 1.8 m
换条路验算:t=0.8 s 时 vy = 8 m/s,取这段初速 8 m/s、加速度 g:
Δy = vyt′ + ½gt′² = 8×0.2 + ½×10×0.2² = 1.6 + 0.2 = 1.8 m ✓

【答案】(1) 1 s (2) 4 m (3) 约 10.8 m/s,tanθ = 2.5 (4) 1.8 m

🧠 平抛题的万能套路:把两个方向的时间 t 当「桥梁」。竖直方向求 t,水平方向用 t,最后矢量合成速度。t 是平抛题唯一的通行证。

随堂测(4 题)

5

万有引力与航天

整章只有一条主线:万有引力提供向心力。把这条式子写出来,卫星的速度、周期、加速度全都能「解出来」。

5.1 基本公式:一条主线通吃

F = GMmr2   GMmr2 = mv2r = mω2r = m4π2T2r = ma

🧠 翻译:「引力 = 向心力」。左边是「被地球拉着」,右边是「要转圈就得有的那份力」,两者相等就转得稳。右边有四种写法(含 v、ω、T、a),题目求什么就用哪个。

⚠️ r 是两个质心的距离。卫星题里 r = 地球半径 R + 卫星高度 h,不是高度。用 h 代入是最常见的低分原因。

⚠️ G = 6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²;M 是中心天体(地球)质量,m 是卫星质量——注意右侧的 m 全部约掉了,所以卫星的速度、周期与自己的质量无关。

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5.2 人造卫星的四个结论:「越高越慢」

v = √(GM/r)  ω = √(GM/r3)  T = 2π√(r3/(GM))  a = GM/r2

🧠 翻译:轨道越高,线速度越小、角速度越小、加速度越小,只有周期变大。「一反一正」,这是选择题最爱设的陷阱——记住口诀「越高越慢,只有周期长」。

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5.3 黄金代换:绕开 G 和 M

地面物体:mg = GMmR2 ⇒ GM = gR2

🧠 翻译:「在地面上,重力就是引力」。所以凡是题目没给 G、M,只给了 g 和 R,就用 gR² 去替掉 GM。这一步能省掉一大堆 10 的幂运算。

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5.4 三个宇宙速度

名称数值意义
第一宇宙速度7.9 km/s近地圆轨道的环绕速度,也是最小发射速度、最大环绕速度
第二宇宙速度11.2 km/s脱离地球引力,成为绕太阳运行的人造行星
第三宇宙速度16.7 km/s脱离太阳系,飞向星际空间

「7.9 为什么既是最大环绕速度又是最小发射速度」:轨道越高 v 越小,所以贴地飞时 v 最大 = 7.9;而要飞起来至少得贴着地面转圈,所以发射速度不能小于 7.9。注意区分「发射速度」和「环绕速度」,变轨题全靠这个。

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5.5 开普勒三定律

  1. 轨道定律:行星沿椭圆轨道运行,太阳在椭圆的一个焦点上。
  2. 面积定律:行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等的面积 → 近日点快、远日点慢。
  3. 周期定律:a³/T² = k,k 只与中心天体的质量有关(绕同一个中心天体时 k 相同)。

圆轨道是椭圆的特例,此时 a 就是半径 r,于是 T²/r³ = 4π²/(GM) = 常量——这正是 5.2 里的周期公式。

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例题(大题):用探测器的运动反推月球

大题万有引力
某探测器在月球表面附近绕月球做匀速圆周运动,轨道半径 r=1.9×10⁶ m(近似等于月球半径),周期 T=6.5×10³ s。已知引力常量 G=6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²,π≈3.14。
(1) 求探测器的线速度大小;
(2) 求月球表面的重力加速度;
(3) 估算月球的质量 M(结果保留两位有效数字)。
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 探测器做圆周运动,转一圈走 2πr,用时间 T:
v = 2πr/T = (2×3.14×1.9×10⁶)/(6.5×10³) = (1.193×10⁷)/(6.5×10³) ≈ 1.8×10³ m/s
卷面提示:数字先写成科学计数法再除,比直接按计算器更不容易错。这一步不需要 G、M,纯几何。

(2) 探测器贴着月面飞,轨道半径 ≈ 月球半径,所以它的向心加速度就等于月面的重力加速度:
g月 = v²/r = (1.8×10³)²/(1.9×10⁶) = (3.24×10⁶)/(1.9×10⁶) ≈ 1.7 m/s²
物理上为什么可以这样代?因为「月面重力 = 月面处的引力 = 贴着飞的卫星的向心力」,三者是同一个东西。

(3) 由 mg月 = GMm/r²(r ≈ 月球半径)得
M = g月r²/G = (1.7×(1.9×10⁶)²)/(6.67×10⁻¹¹)
先算 r² = 3.61×10¹²,再算分子 1.7×3.61×10¹² = 6.14×10¹²
M = (6.14×10¹²)/(6.67×10⁻¹¹) ≈ 9.2×10²² kg
结论检验:真实月球质量约 7.3×10²² kg,本題用的是粗略数据(r、T 都只保留两位),数量级一致就说明方法对了。考试时写「约 9×10²² kg,数量级与真实值相符」即可。

【答案】(1) 约 1.8×10³ m/s (2) 约 1.7 m/s² (3) 约 9.2×10²² kg(数量级正确)

🧠 这类题的得分逻辑:顺序不能乱。先用纯几何的 v=2πr/T 拿速度(不需要 G、M),再用 a=v²/r 拿加速度,最后才用 gR²=GM 反解质量。把「不需要额外常量的量」先算出来,是估算题的通法。

随堂测(4 题)

6

功与能:动能定理与机械能守恒

力学有两条主线:力—时间—动量,和力—位移—能量。这一节是第二条。凡是题目里出现「位移、速度、变力、多过程」,第一反应就该是动能定理。

6.1 功与功率

W = Fx cos θ  P = Wt = Fv cos θ

🧠 翻译 W=Fxcosθ:「功 = 力 × 沿力的方向走了多远」。叉着走路是白费劲,cosθ 就是那个「白费」的折扣系数。

夹角 θcosθ做功情况例子
θ = 0°1做正功,最大 = Fx拉力方向和位移同向
0° < θ < 90°0~1做正功,但要打折斜着拉箱子
θ = 90°0不做功提着重物水平走(支持力、重力都不做功)
θ > 90°< 0做负功(阻碍)摩擦力、刹车时的阻力

求「平均功率」用 W/t;求「瞬时功率」用 Fv。汽车题里「额定功率」是 P=Fv 的上限,速度越大力越小——这就是为什么爬坡要降速(降档)。

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6.2 动能定理:不做「过程分析」也能算

W合 = ΔEk = 12mv2 − 12mv02

🧠 翻译:「所有力做的功加起来 = 动能的变化量」。它的威力在于:不用管中间拐了几个弯,只要知道起点和终点的速度,以及这一路上每个力各做了多少功。

用动能定理的固定四步:① 选研究过程(起点到终点);② 受力分析,判断每个力做正功、负功还是不做功;③ 逐个算功,代数相加;④ 写成 W合 = ½mv² − ½mv₀² 求解。

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6.3 势能、机械能守恒与功能关系

Ep = mgh  WG = mgh1 − mgh2 = −ΔEp  Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

🧠 翻译机械能守恒:「只有重力(或弹簧弹力)做功时,动能和势能互相换着玩,总量不变」。下坡时势能变成动能,上坡时反过来。

功能关系总表:W其他 = ΔE(机械能的变化)  生热 Q = f · s相对

⚠️ 摩擦生热 Q=f·s相对 里的 s相对 是两个接触面相对滑动的路程。物块在传送带上打滑、滑块在木板上滑行,都是这个套路:热量正比于「相对滑了多远」,与地面系里各自走了多远无关。

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例题(大题):斜面 + 水平面,动能定理一气呵成

大题功与能
质量 m=2 kg 的滑块从 h=1.8 m 高的光滑斜面顶端由静止滑下,到底端后平滑进入水平面,在水平面上滑行一段距离后停下。水平面与滑块间的动摩擦因数 μ=0.3,g 取 10 m/s²。
(1) 求滑块到达斜面底端时的速度大小;
(2) 求滑块在水平面上滑行的距离;
(3) 求全过程摩擦力产生的热量;
(4) 若水平面只有 4 m 长,求滑块离开水平面时的速度大小。
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 斜面光滑,下滑过程只有重力做功(支持力始终垂直位移,不做功),机械能守恒:
mgh = ½mv₀² ⇒ v₀ = √(2gh) = √(2×10×1.8) = √36 = 6 m/s
卷面提示:写明「支持力与位移垂直,不做功」——这一句是「为什么能用机械能守恒」的理由,漏了要扣分。

(2) 水平面上只有摩擦力做负功,用动能定理(从斜面底端到停下):
−μmg·s = 0 − ½mv₀²
约掉 m:μ g s = ½v₀²
s = v₀²/(2μg) = 36/(2×0.3×10) = 36/6 = 6 m
注意质量 m 两边约掉了,所以滑行距离与质量无关——这是可以用「验算」的地方。

(3) 摩擦力产生的热量 = 摩擦力做的负功的绝对值:
Q = μmg·s = 0.3×2×10×6 = 36 J
验算:滑块的全部初动能都变成了热:½mv₀² = ½×2×36 = 36 J ✓ 完全一致。

(4) 水平面只有 4 m,滑块没能停下来。对「斜面顶 → 离开水平面」整个过程用动能定理(重力做正功 mgh,摩擦力做负功 −μmgs′):
mgh − μmg·s′ = ½mv² − 0
约掉 m:gh − μg s′ = ½v²
10×1.8 − 0.3×10×4 = 18 − 12 = 6
所以 ½v² = 6 ⇒ v² = 12 ⇒ v = √12 ≈ 3.5 m/s
验算:也可以先算离开时的动能 = 36 − μmg×4 = 36 − 24 = 12 J,再用 ½mv²=12 得 v=√12 ✓ 两条路一致。

【答案】(1) 6 m/s (2) 6 m (3) 36 J (4) 约 3.5 m/s

🧠 这题的价值观:多过程题不要一段一段死算。(4) 如果按「先求底端速度 6,再在水平面上减速」也能算,但对整段用一次动能定理更快、更不容易错。「从哪到哪」选得越大,往往越省事。

随堂测(4 题)

7

动量:动量定理与动量守恒

「碰撞、爆炸、反冲、打击、缓冲」——这些词一出现,就该想到动量。动量守恒比机械能守恒适用范围更广:它是矢量守恒,而且不要求能量不损失。

7.1 动量与冲量

p = mv   I = Ft   Ft = Δp = mv2 − mv1

🧠 翻译 p=mv:「动量 = 质量 × 速度,衡量「撞上来有多狠」」。翻译 Ft=Δp:「想改变多少动量,就得用多大的力乘多久」——安全气囊、跳远沙坑、拳击手套,全是「延长 t 来减小 F」。

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7.2 动量守恒定律

m1v1 + m2v2 = m1v1′ + m2v2′

🧠 翻译:「碰撞前后,总动量不变」——因为碰撞时内力极大、时间极短,外力的冲量可以忽略。

四个适用条件(满足一个就行):

  1. 系统不受外力;
  2. 系统所受合外力为零;
  3. 内力远大于外力(碰撞、爆炸的瞬间可近似守恒);
  4. 某一方向合外力为零,则该方向动量守恒(比如水平方向守恒、竖直方向不守恒)。
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7.3 三种碰撞

类型动量动能结果
弹性碰撞守恒守恒等质量时「交换速度」
非弹性碰撞守恒减少一般情况,介于两者之间
完全非弹性碰撞守恒损失最大碰后共速 v = m1v1m1+m2
弹性碰撞(一动碰一静):v1′ = m1−m2m1+m2v1  v2′ = 2m1m1+m2v1

三个常用结论:① 等质量弹性碰撞 → 速度交换(v₁′=0,v₂′=v₁);② 大碰小(m₁≫m₂)→ 入射球几乎不减速,被碰球以约 2v₁ 飞出;③ 小碰大(m₁≪m₂)→ 入射球原速反弹(v₁′≈−v₁)。

⚠️ 判断「碰撞是否可能」的三把尺子:动量守恒、动能不增加、碰后不能「穿过去」(后面那个球的速度不能超过前面那个)。三者同时满足才是合理碰撞。

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例题(大题):子弹打木块,动量 + 能量 + 相对位移

大题动量
质量 M=0.98 kg 的木块静止在光滑水平面上。质量 m=0.02 kg 的子弹以 v₀=500 m/s 的速度水平射入木块,并留在木块中。取子弹初速方向为正,g 取 10 m/s²(本题不需要)。
(1) 求子弹与木块的共同速度;
(2) 求这一过程中系统损失的动能;
(3) 已知子弹射入木块的深度为 d=0.10 m,求子弹在木块中受到的平均阻力大小;
(4) 求木块在此过程中获得的动能,并说明「损失的动能」去了哪里。
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 子弹射入极快,水平面光滑、内力远大于外力,系统动量守恒(完全非弹性碰撞,碰后共速):
m v₀ = (m + M) v
0.02 × 500 = (0.02 + 0.98) v
10 = 1.00 × v ⇒ v = 10 m/s
卷面提示:先写「取子弹初速方向为正」和「水平方向动量守恒」,再代数。方向不交代,后面的符号讨论就没依据。

(2) 碰前总动能:Ek1 = ½mv₀² = ½ × 0.02 × 500² = 2500 J
碰后总动能:Ek2 = ½(m+M)v² = ½ × 1.00 × 10² = 50 J
损失:ΔEk = 2500 − 50 = 2450 J

(3) 损失的动能 = 一对摩擦力做的总功 = f × 相对位移(这里相对位移正是射入深度 d):
ΔEk = f · d ⇒ f = ΔEk/d = 2450/0.10 = 2.45×10⁴ N
⚠️ 这里最容易错成用「子弹的位移」或「木块的位移」。正确的关系是:系统损失的机械能 = 滑动摩擦力 × 相对滑动路程,即 Q = f·s相对。

(4) 木块获得的动能:EkM = ½Mv² = ½ × 0.98 × 100 = 49 J
核对一下账:子弹剩下 ½ × 0.02 × 100 = 1 J,木块 49 J,加起来正好 50 J = 碰后总动能 ✓
去向:损失的 2450 J 全部转化成了内能(热)——子弹和木块之间巨大的摩擦把机械能「磨」掉了。这就是「完全非弹性碰撞损失最大」的具体含义。

【答案】(1) 10 m/s,方向与子弹初速相同 (2) 2450 J (3) 2.45×10⁴ N (4) 49 J;损失的 2450 J 转化为内能

🧠 这题的三层逻辑,值得背下来:① 动量守恒求共速 → ② 动能相减求损失 → ③ 损失 = f × 相对位移求力或求深度。子弹打木块、滑块上木板、传送带打滑,全是这同一套。

随堂测(4 题)

8

静电场:场强、电势、电容器

电场有两个视角:场强 E 是「力」的视角(这个点受多大力),电势 φ 是「能」的视角(这个点有多少能量)。带电粒子问题只有两种:加速用动能定理,偏转用类平抛。

8.1 库仑定律与三个场强公式

F = kQqr2   E = Fq(定义式,任何电场都适用)   E = kQr2(点电荷的场)   E = Ud(只用于匀强电场)

🧠 三个式子的人话:E=F/q = 「单位电荷受多大力」(这是定义,万能);E=kQ/r² = 「场源电荷 Q 在距离 r 处造出多强的场」(只对点电荷);E=U/d = 「两块板之间电压越高、板越近,场越强」(只对匀强电场)。

📌 单位两套等价:1 V/m = 1 N/C。k = 9×10⁹ N·m²/C²。电场强度是矢量,多个场叠加时要用平行四边形定则,不能直接加减。

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8.2 电势、电势差与电势能

UAB = φA − φB   WAB = qUAB   Ep = qφ

🧠 翻译 W=qU:「电场力做的功 = 电荷量 × 电势差」。正电荷从高电势走到低电势,电场力做正功(像石头往下掉);负电荷反过来。

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8.3 电场线与等势面(读图三句话)

🎯 这个知识点的随堂测

8.4 电容器

C = QU   C = εS4πkd   Ep = 12CU2

🧠 翻译 C=Q/U:「电容 = 每伏特能存多少电荷」,它是电容器自己的「属性」,由结构决定,与带多少电无关。翻译 C=εS/4πkd:「板越大、靠得越近、中间介质越好,电容越大」。

动态分析只有两句话(考试就考这两句):

  1. 始终接在电源上 → U 不变。此时改变 d 或 ε:由 C 变,推出 Q = CU 变,再由 E = U/d 判断场强。
  2. 充电后断开电源 → Q 不变。此时由 C 变,推出 U = Q/C 变,再用 E = U/d = 4πkQ/(εS) 判断场强(会发现只与 Q、S、ε 有关)。
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8.5 带电粒子在电场中的两种运动

加速:qU = 12mv2   偏转:t = Lv0  y = 12at2 = qU2L22mdv02

🧠 翻译:加速段用动能定理(电场力做功变成动能);偏转段就是「类平抛」——沿板方向匀速、垂直板方向匀加速。把平抛的 g 换成 a=qE/m 就完全一样。

🔑 一个非常好用的结论:把 v₀²=2qU₁/m 代进 y 的表达式,会发现 y = U₂L²/(4dU₁),与粒子的电荷量、质量都无关——同一装置里电子和质子偏转一样多。另外还有 tanθ = 2y/L,速度的反向延长线过板长的中点。

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例题(大题):先加速、再偏转

大题静电场
电子(质量 m=9.1×10⁻³¹ kg,电荷量 e=1.6×10⁻¹⁹ C)从静止开始,经 U₁=1000 V 的电压加速后,沿两平行板的正中间垂直于板间电场方向射入。板长 L=0.05 m,板间距 d=0.01 m,两板间电压 U₂=40 V。不计重力。
(1) 求电子加速后的速度 v₀;
(2) 求电子在偏转电场中的加速度 a 和运动时间 t;
(3) 求电子射出偏转电场时的横向偏移量 y(并判断它会不会打在板上);
(4) 求射出时速度方向与初速方向夹角的正切值。
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 加速过程只有电场力做功,用动能定理:
eU₁ = ½mv₀²
v₀² = 2eU₁/m = (2 × 1.6×10⁻¹⁹ × 1000)/(9.1×10⁻³¹) = (3.2×10⁻¹⁶)/(9.1×10⁻³¹) ≈ 3.5×10¹⁴ (m/s)²
v₀ = √(3.5×10¹⁴) ≈ 1.9×10⁷ m/s
卷面提示:10 的幂一定要单独算,别和尾数混在一起。3.2/9.1≈0.35,指数 −16−(−31)=+15,所以 v₀²≈0.35×10¹⁵=3.5×10¹⁴。

(2) 板间是匀强电场,先求场强:
E₂ = U₂/d = 40/0.01 = 4×10³ V/m
加速度(牛顿第二定律):
a = eE₂/m = (1.6×10⁻¹⁹ × 4×10³)/(9.1×10⁻³¹) = (6.4×10⁻¹⁶)/(9.1×10⁻³¹) ≈ 7.0×10¹⁴ m/s²
运动时间(沿板方向匀速,板长 L):
t = L/v₀ = 0.05/(1.9×10⁷) ≈ 2.7×10⁻⁹ s

(3) 垂直板方向是初速为零的匀加速(类平抛):
y = ½at² = ½ × 7.0×10¹⁴ × (2.7×10⁻⁹)² ≈ ½ × 7.0×10¹⁴ × 7.3×10⁻¹⁸ ≈ 2.5×10⁻³ m = 2.5 mm
判断:电子从正中间射入,到板的距离是 d/2 = 5 mm。因为 2.5 mm < 5 mm,电子能射出,不会打在板上。
用公式复核更方便:(3) 的 y 也可以直接写 y = U₂L²/(4dU₁) = 40×0.05²/(4×0.01×1000) = 0.1/40 = 2.5×10⁻³ m ✓ 两种方法一致,说明算对了。

(4) 射出时垂直板方向的分速度:
vy = a t = 7.0×10¹⁴ × 2.7×10⁻⁹ ≈ 1.9×10⁶ m/s
tanθ = vy/v₀ = (1.9×10⁶)/(1.9×10⁷) = 0.1(θ ≈ 5.7°)
验算:类平抛有 tanθ = 2y/L = 2×2.5×10⁻³/0.05 = 0.1 ✓ 完全吻合。

【答案】(1) 约 1.9×10⁷ m/s (2) a≈7.0×10¹⁴ m/s²,t≈2.7×10⁻⁹ s (3) y≈2.5 mm,能射出 (4) tanθ = 0.1

🧠 这类题的答题模板:加速段写动能定理 → 进场速度 → 偏转段拆成两个方向 → 判断能否射出(比较 y 和 d/2)。第 (3) 问「会不会打在板上」几乎是必考设问,不要漏答。

随堂测(4 题)

9

恒定电流:闭合电路与电学实验

电路题两条腿:闭合电路欧姆定律算电流,串并联规律算分配。实验题另有固定套路,背下来就能拿分。

9.1 三个基本公式

I = UR   R = ρLS   P = UI = I2R = U2R   Q = I2Rt(焦耳定律)

🧠 翻译 R=ρL/S:「导线越长越费劲、越粗越省劲、材料本身也有好坏」。所以输电线要用粗铜线,而电炉丝要用细的镍铬合金(故意做大电阻)。

P 的三个式子怎么选:串联电路电流相同,用 P=I²R(电阻大的更亮);并联电路电压相同,用 P=U²/R(电阻小的更亮)。这是「灯泡亮度」题的判断依据。

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9.2 串并联规律

连接电流电压电阻分配规律
串联I 处处相等U = U₁ + U₂R = R₁ + R₂电压按电阻正比分配
并联I = I₁ + I₂U 处处相等1R = 1R₁ + 1R₂电流按电阻反比分配

并联总电阻一定小于任一支路电阻(「多开一条路,总比原来好走」);串联总电阻一定大于任一个。

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9.3 闭合电路欧姆定律

I = ER+r   E = U + Ir   U = E − Ir(路端电压随电流增大而减小)

🧠 翻译:「电动势 E 是电源总共能给出的电压,内阻 r 自己要吃掉一点(Ir),剩下的才给外面(U)」。电池用久了变「虚」,就是 r 变大了。

动态电路分析顺序(背这个链条):某个电阻变化 → 总电阻变化 → 总电流变化 → 内电压变化 → 路端电压变化 → 各支路电压电流变化。

口诀「串反并同」:与变化电阻串联的元件,其电压/电流变化与它相反;并联的则相同。用口诀能秒判,用链条能确保不错。

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9.4 电学实验四个必考点

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例题(大题):闭合电路 + 最大功率

大题恒定电流
电源电动势 E=6 V,内阻 r=0.5 Ω。定值电阻 R₁=2 Ω 与一个可调电阻 R₂ 串联后接到电源两端。
(1) 当 R₂=1.5 Ω 时,求电路中的电流、路端电压和 R₁ 上消耗的功率;
(2) 当 R₂ 调到多大时,R₂ 上消耗的功率最大?最大值是多少?
(3) 在 (1) 的情形下,求电源的总功率和效率。
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 外电路总电阻 R外 = R₁ + R₂ = 2 + 1.5 = 3.5 Ω。由闭合电路欧姆定律:
I = E/(R外 + r) = 6/(3.5 + 0.5) = 6/4 = 1.5 A
路端电压用两条路算,互相验算:
U = I·R外 = 1.5 × 3.5 = 5.25 V
U = E − Ir = 6 − 1.5×0.5 = 5.25 V ✓
R₁ 的功率:P₁ = I²R₁ = 1.5² × 2 = 2.25 × 2 = 4.5 W
卷面提示:路端电压一定写「U=E−Ir」或「U=IR外」,两条都写出来当验算是加分习惯。

(2) 关键一步:把 R₁ 看成「内阻的一部分」。因为对 R₂ 来说,R₁ 和 r 是串在一起、且都「不可调」的,可以合并成等效内阻 r′ = R₁ + r = 2.5 Ω。
由「外电阻等于内阻时输出功率最大」的结论,当 R₂ = r′ = 2.5 Ω 时 P₂ 最大。
此时 I = E/(R₂ + r′) = 6/(2.5 + 2.5) = 1.2 A
P₂max = I²R₂ = 1.2² × 2.5 = 1.44 × 2.5 = 3.6 W
用公式复核:Pmax = E²/(4r′) = 36/(4×2.5) = 36/10 = 3.6 W ✓

(3) 电源总功率(把化学能转化成电能的速率):
P总 = EI = 6 × 1.5 = 9 W
内阻消耗:P内 = I²r = 2.25 × 0.5 = 1.125 W
输出功率:P出 = P总 − P内 = 9 − 1.125 = 7.875 W(复核:I²R外 = 2.25×3.5 = 7.875 ✓)
效率:η = P出/P总 = 7.875/9 = 0.875 = 87.5%
一条规律:η = R外/(R外+r),外电阻越大效率越高。所以「输出功率最大」和「效率最高」不是同一件事——这是选择题常设的坑。

【答案】(1) I=1.5 A,U=5.25 V,P₁=4.5 W (2) R₂=2.5 Ω 时最大,3.6 W (3) P总=9 W,η=87.5%

🧠 这题的价值观:「把定值电阻并入内阻」是求某个电阻最大功率的核心技巧。同时记住:R外=r 时输出功率最大,但此时效率只有 50%。

随堂测(4 题)

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磁场 + 电磁感应 + 交变电流

这是全书最「烧脑」的一章,但只要抓住三件事:磁场对电流/电荷的力(左手定则)→ 磁通量变化生电(法拉第 + 楞次)→ 交流电的有效值与变压器。

10.1 安培力与洛伦兹力

F = BIL(I⊥B)  F = BIL sin θ(一般情况)  F = qvB(v⊥B)

🧠 翻译 F=BIL:「磁场 × 电流 × 导线在磁场里的长度」。当导线与磁场平行时(θ=0),力为零。

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10.2 带电粒子在磁场中的匀速圆周运动

qvB = mv2r ⇒ r = mvqB   T = 2πrv = 2πmqB   t = θ2πT

🧠 翻译:半径与速度成正比,但周期与速度无关——这就是回旋加速器能工作的原理(不管粒子转多快,绕一圈的时间一样,所以每次都在同一个位置被加速)。

三步走:找圆心(圆心在「过入射点且垂直于速度」的直线上,也在弦的中垂线上)→ 定半径(几何关系或 r=mv/qB)→ 算周期/时间(t = θ/2π · T,θ 是转过的圆心角)。

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10.3 法拉第电磁感应定律

Φ = BS   E = nΔΦΔt   E = BLv(B、L、v 两两垂直)

🧠 翻译 E=nΔΦ/Δt:「电流不是「有磁场」就产生,而是「磁场变化得越快」才产生」。所以磁铁插得快,电流表偏得大。

⚠️ 两个式子的分工:E=nΔΦ/Δt 求的是平均电动势(一段时间内);E=BLv 求的是瞬时电动势(v 取瞬时值)。另外 φ 是「穿过线圈的磁通量」,与线圈匝数无关;电动势才乘 n。

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10.4 楞次定律(定方向的唯一方法)

感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。四个字:增反减同。四步判断:

  1. 明确原磁场的方向;
  2. 判断穿过回路的磁通量是增还是减;
  3. 由「增反减同」定出感应电流的磁场方向;
  4. 用右手螺旋定则得出感应电流的方向。

四条好用的推论:来拒去留(阻碍相对运动)、增缩减扩(阻碍面积变化)、增反减同、阻碍变化不是阻止变化。另外:自感总是阻碍原电流的变化(通电「慢慢变亮」,断电可能「闪亮一下」);涡流是块状导体中的感应电流(电磁炉用它加热,变压器用硅钢片叠压来减小它)。

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10.5 单杆模型(力—电—能三合一)

E = BLv ⇒ I = BLvR+r ⇒ F安 = BIL = B2L2vR+r

🧠 推理链:棒动 → 切割磁感线 → 产生电动势 → 有电流 → 受安培力 → 安培力阻碍运动 → 速度趋于稳定。速度越大,安培力越大,加速度就越小,最后匀速(此时 F外 = F安)。

最大速度 vm = F(R+r)B2L2  能量:W外 = ΔEk + Q
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10.6 交变电流与变压器

e = Emsin ωt  Em = nBAω  E = Em√2 ≈ 0.707Em  ω = 2πf = 2πT
U1U2 = n1n2  I1I2 = n2n1  P1 = P2

三条铁律:电压由匝数比决定(U₁/U₂=n₁/n₂);电流由功率决定(不是由匝数比直接定的,要先算 P₂);变压器不改变频率。副线圈匝数多 → 升压变压器。远距离输电:P损 = I²R线 = (P/U)²R线,所以升高电压能大幅减小损耗(与电压平方成反比)。

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例题(大题):单杆切割,力电能量全打通

大题电磁感应
水平光滑导轨间距 L=0.5 m,处于竖直向下的匀强磁场中,B=0.4 T。导轨左端接一个 R=0.4 Ω 的电阻,其余电阻不计。一根质量 m=0.2 kg 的金属棒垂直放在导轨上,用水平恒力 F=0.2 N 从静止开始拉它向右运动。
(1) 求金属棒能达到的最大速度 vm;
(2) 求达到最大速度时电阻 R 上的电功率;
(3) 若从静止到刚达到最大速度时,棒前进了 3 m,求这段时间内电阻上产生的热量 Q。
看解答(含「卷面怎么写」)

【解】(1) 速度最大时,棒做匀速运动,加速度为零,所以外力与安培力平衡:F = F安。
由 E = BLvₘ ⇒ I = BLvₘ/R ⇒ F安 = BIL = B²L²vₘ/R
代入得:F = B²L²vₘ/R
vₘ = FR/(B²L²) = (0.2 × 0.4)/(0.4² × 0.5²) = 0.08/(0.16 × 0.25) = 0.08/0.04 = 2 m/s
卷面提示:必须先写「速度最大时 a=0,F=F安」这一句理由,否则 vₘ 的式子是无源之水。

(2) 达到最大速度时:
E = BLvₘ = 0.4 × 0.5 × 2 = 0.4 V
I = E/R = 0.4/0.4 = 1 A
P = I²R = 1² × 0.4 = 0.4 W
验算(能量角度):匀速时外力功率 = 电功率,F·vₘ = 0.2 × 2 = 0.4 W ✓ 两边一致。

(3) 从静止到 vₘ 的过程,外力做正功,一部分变成动能,一部分变成电能(最终变成热):
Fs = ½mvₘ² + Q
Q = Fs − ½mvₘ² = 0.2 × 3 − ½ × 0.2 × 4 = 0.6 − 0.4 = 0.2 J
为什么可以这样列?因为电阻是「纯电阻」,产生的电能全部变成焦耳热,所以电能 = Q。这也是电磁感应题里能量方程的标准写法。

【答案】(1) 2 m/s (2) 0.4 W (3) 0.2 J

🧠 单杆题四步固定:① E=BLv → ② I=E/R → ③ F安=BIL(或 B²L²v/R)→ ④ 用平衡或牛顿定律 / 用能量守恒。第 (3) 问「求热量」几乎都用能量守恒,比「积分算变力做功」省事得多。

随堂测(4 题)

学完这一页,下一步做什么

公式和符号都认全了,接下来最有效的动作是做题 + 复盘错题。每道错题只问自己一句:「我漏掉的是条件,还是模型?」

去做分级训练 → 直接测验 → 看物理真题 →

💡 三个最值钱的习惯:① 先写「取××方向为正」;② 算完用单位或第二条公式验算一遍;③ 大题分步写,每步都说明「为什么用这个式子」。这三条能救回大量「会做但拿不到分」的分数。