高中物理必修二
2022-08-02 23:38:11 0 举报AI智能生成
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人教版高中物理必修二全书知识框架图
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大纲/内容
质点所受合外力的方向（或加速度方向）跟它的速度方向不在同一直线上
做曲线运动的物体受的是恒力，即加速度大小、方向都不变的曲线运动，如平抛运动
匀变速曲线运动
做曲线运动的物体所受的是变力，加速度改变，如匀速圆周运动
变加速曲线运动
条件
曲线运动的速度方向不断变化，故曲线运动一定是变速运动
曲线运动轨迹上某点的切线方向表示该点的速度方向
曲线运动的轨迹向合力所指一方弯曲，合力指向轨迹的凹侧
当物体受到的合外力的方向与速度方向的夹角为锐角时，物体做曲线运动的速率将增大；
特点
合运动所需时间和对应的每个分运动所需时间相等
等时性
合运动的效果和各分运动的整体效果是相同的，合运动和分运动是等效替代关系，不能并存
等效性
每个分运动都是独立的，不受其他运动的影响
独立性
加速度、速度、位移都是矢量，其合成和分解遵循平行四边形定则
矢量性
合运动的性质是由分运动性质决定的
相关性
合运动和分运动关系
物体的实际运动是合运动
速度、时间、位移、加速度要一一对应
如果分运动都在同一条直线上，需选取正方向，与正方向相同的量取正，相反的量取负，矢量运算简化为代数运算。如果分运动互成角度，运动合成要遵循平行四边形定则
从已知的分运动来求合运动，叫做运动的合成；求已知运动的分运动，叫运动的分解
小船渡河问题
运动的合成与分解
曲线运动
将物体沿水平方向抛出，只在重力作用下的运动为平抛运动
只受重力
初速度与重力垂直
运动特点
平抛运动是初速度为零的匀变速曲线运动
运动性质
平抛运动分解为水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动
处理方法
vx=v₀，x=v₀t
水平方向：匀速直线运动
vy=gt，y=gt²/2
竖直方向：自由落体运动
分支主题
合速度
合位移
运动时间由高度决定，与v₀无关
竖直方向自由落体运动，匀变速直线运动的一切规律在竖直方向上都成立
基本规律
当物体所受的合外力恒定且与初速度垂直时，做类平抛运动
类平抛
平抛运动
做匀速圆周运动的物体所通过的弧长与所用的时间的比值（描述质点沿切线方向运动的快慢）
v=s/t
单位：m/s
大小
某点线速度方向沿圆弧该点切线方向
方向
线速度
做匀速圆周运动的物体，连接物体与圆心的半径转过的圆心角与所用的时间的比值（描述质点绕圆心转动的快慢）
ω=θ/t 矢量
单位：rad/s
角速度
做圆周运动物体一周所用的时间（s）
周期T
做圆周运动的物体单位时间内沿圆周绕圆心转过的圈数（r/s，r/min）
转速n
周期和转速
v，ω，T，n的关系
描述述圆周运动物理量
线速度的大小恒定，角速度、周期和频率都是恒定不变的，向心加速度和向心力的大小也都是恒定不变的
速度大小不变而速度方向时刻改变
加速度大小不变、方向时刻改变
性质
匀速圆周运动仅是速度方向变化而速度大小不变，故仅存在向心加速度
向心力就是做匀速圆周运动的物体所受外力的合力
加速度和向心力
合外力大小不变
方向始终与速度方向垂直且指向圆心
质点做匀速圆周运动的条件
匀速圆周运动
圆周运动
描述线速度方向改变的快慢
总是指向圆心，方向时刻在变化
向心加速度
产生向心加速度，只改变线速度的方向，不改变速度的大小
向心力对做圆周运动的物体不做功
作用
总是沿半径指向圆心，时刻在变化
向心力是个变力
向心力是按效果命名的力，不是某种性质的力，向心力可以由某一个力提供，也可以由几个力的合力提供，要根据物体受力的实际情况判定
向心力
各点角速度ω相等
线速度v=ωr与半径r成正比
同轴转动的物体
两轮边缘的各点线速度大小相等，而角速度ω=v/r与半径r成反比
链条传动、齿轮传动、皮带传动（不打滑）
关联速度
提供的向心力等于所需要的向心力时物体做匀速圆周运动
提供的向心力大于所需要的向心力时物体做向心运动
提供的向心力小于所需要的向心力时物体做离心运动
向心运动和离心运动
火车转弯
弹力只能背离圆心
汽车过拱桥
弹力只能指向圆心
汽车过凹路
生活中的圆周运动
第五章：曲线运动
地球是宇宙中心，其他星球围绕地球做匀速圆周运动，地球不动
地心说的内容
太阳是宇宙的中心，其他行星围绕地球匀速圆周运动，太阳不动
波兰科学家天文学家哥白尼创立
日心说的内容
所有的行星围绕太阳运动的轨道都是椭圆，太阳处在所有椭圆的一个焦点上
任何一个行星与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等
R³/T²=k
所有行星的轨道的半长轴的三次方跟公转周期的二次方的比值都相等
开普勒三定律
地心说和日心说
自然界任何两个物体之间都存在着相互作用的引力，两物体间的引力的大小，跟它们的质量的乘积成正比，跟它们的距离的平方成反比
内容
F=GMm/r²
G：万有引力长常量，G=\t6.67×10⁻¹¹ N·m²/kg²
表达式
公式适用于质点间的相互作用
当两个物体间的距离远大于物体本身的大小时，物体可视为质点
均匀球体可视为质点，r为两球心间的距离
适用条件
引力总是大小相等、方向相反
万有引力遵守牛顿第三定律
万有引力定律
重力是万有引力的一个分力，万有引力的另一个分力提供物体随地球自转时需要的向心力
物体跟地球自转的向心力随维度增大而减小，故物体的重力随纬度的变大而变大，即重力加速度g随纬度变大而变大
F=mrω²
物体的重力随高度的变高而减小，即重力加速度g随高度的变高而减小
mg=GMm/(R+h)²
不计地球自转时GMm/R²=mg→gR²=GM
万有引力和重力
把天体运动近似看作匀速圆周运动
万有引力提供向心力
基本方法
ρ=M/v，v=4πR³/3→ρ=3πr³/GT²R³
只要测出环绕星体M运转的一颗卫星运转的半径和周期，就可以计算出中心天体的质量
ρ=3π/GT²
当R=r时，即卫星是近地面卫星时
F=GMm/r²=m4π²r/T²
GMm/R²=mg→M=gR²/G
ρ=M/v，v=4πR³/3→
估算天体的质量和密度
用万有引力定律分析天体的运动
万有引力理论的成就
轨道半径越大，绕行速度越小
GMm/r²=mv²/r
轨道半径越大，绕行角速度越小
GMm/r²=mω²/r
轨道半径越大，绕行加速度越小
GMm/r²=ma
轨道半径越大，绕行周期越大
GMm/r²=mr(2π/T)²
卫星的绕行速度、角速度、周期与半径的关系
人造地球卫星的最小发射速度，最大绕行速度
地球对卫星的万有引力提供卫星做圆周运动的向心力
GMm/(R+h)²=mv²/(R+h)→ v=√GM/(R+h)=7.9km/s
方法一
在地面附近物体的重力近似地等于地球对物体的万有引力，重力就是卫星做圆周运动的向心力
mg=mv²/R → v=√gR=7.9km/s
方法二
推导过程
第一宇宙速度：v₁=7.9km/s
物体挣脱地球的引力束缚需要的最小发射速度
第二宇宙速度：v₂=11.2km/s
物体挣脱太阳的引力束缚需要的最小发射速度
第三宇宙速度：v₃=16.7km/s
三种宇宙速度
近地卫星的轨道半径r可以近似地认为等于地球半径R
近地卫星的线速度大小为v₁=7.9km/s
近地卫星的周期为T=5.06×10³s=84min，是人造卫星中周期最小的
近地卫星特点
地球同步卫星是指相对于地面静止的人造卫星
只能定点在赤道正上方
同步卫星的角速度、周期与地球自转的角速度、周期相同
同步卫星距地面高度一定
GMm/(R+h)²=m4π²(R+h)/T²→ h=³√(GMT²/4π²) -R=3.6×10⁴km
地球同步卫星（通信卫星）
两颗星角速度、周期相等，向心力均由两者间万有引力提供
双星问题
人造卫星中在发射阶段，尚未进入预定轨道的加速阶段，具有竖直向上的加速度，卫星内的所有物体处于超重状态，卫星与物体具有相同的加速度
卫星进入轨道后正常运转时，卫星与物体处于完全失重
卫星的超重和失重
人造卫星
第六章：万有引力与航天
将小球由斜面A上某位置由静止释放，小球运动到斜面B上
过程
小球在斜面B上速度变为0时，即到达最高点时的高度与它出发时的高度相同
现象
这一事实说明某个量是守恒的，在物理学上我们把这个量叫作能量或者能
结论
伽利略的斜面实验
动能：物体由于运动而具有的能量
势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量
能量转化：小球的动能和势能可以相互转化
动能与势能
追寻守恒量——能量
功等于力和沿该力方向上的位移的乘积
力和物体在力的方向上的位移
做功的两个必要因素
单位：焦耳1J=1N·m
W=FScosθ（θ为F与s的夹角）
适用恒力做功求解
公式
功是过程量，是力对空间的积累效应，和位移、时间相对应
正功表示动力做功
负功表示阻力做功
功的正负表示能的转移方向
功是标量，没有方向，但有正负
W等于力F乘以物体在力F方向上的分位移Scosθ，即将物体的位移分解为沿F方向上和垂直F方向上的两个分位移s₁和s₂，则F做的功W=Fs₁=Fscosθ
W等于力F在位移s方向上的分力Fcosθ乘以物体的位移s，即将力F分解为沿s方向和垂直s方向的两个分力F₁和F₂，则F做功W=F₁s=Fscosθ
公式W=FScosθ的求解
功是能量转化的量度
做功的过程是能量的一个转化过程，这个过程做了多少功，就有多少能量发生了转化
对物体做正功，物体的能量增加；对物体做负功，也称物体克服阻力做功，物体的能量减少
功的物理含义
功
当0≤θ<90°时W>0，力对物体做正功，动力
当θ=90°时w=0，力对物体不做功
当90°<θ≤180°时W<0，力对物体做负功或说成物体克服这个力做正功，阻力
功的正负
θ应是合外力与位移s间的夹角，且合力为恒力
用平行四边形定则求出合外力，再根据W=FScosθ计算功
分别求各个外力的功，再求各个外力功的代数和
合力功的计算
将变力转化为恒力，再用W=FScosθ计算
滑动摩擦力、空气阻力等，在曲线运动或往返运动时，若变力F大小不变，功等于力和路程的乘积
作出变力F随位移变化的图象，图象与位移轴所围均“面积”即为变力做的功
根据动能定理或能量转化和守恒定律求变力做的功
变力做功问题
静摩擦力可以做正功，可以做负功，也可以不做功
只有机械能的相互转移，而没有机械能转化为其他形式的能
静摩擦力起着传递机械能的作用
相互摩擦的系统内，一对静摩擦力所做功的代数和总为零
静摩擦力做功的特点
滑摩擦力可以做正功，可以做负功，也可以不做功
相互摩擦的物体之间机械能的转移
机械能转化为内能
能量的转化
相互摩擦的系统内，转化为内能值等于滑动摩擦力与相对位移的乘积Q=Fs
滑动摩擦力做功的特点
摩擦力的做功
功跟完成这些功所用时间的比值叫做功率。功率是描述做功快慢的物理量
定义
时间t内的平均功率
P=W/t
定义式
θ是力与速度间的夹角
求某一时刻的瞬时功率。这时F是该时刻的作用力大小，v取瞬时值，对应的P为F在该时刻的瞬时功率
当v为某段位移（时间）内的平均速度时，则要求这段位移（时间）内F必须为恒力，对应的P为F在该段时间内的平均功率
用法
P=Fvcosθ
单位：瓦（w），千瓦（kw）
计算式
机器长时间正常运行时的最大输出功率。实际功率小于或等于额定功率
额定功率
功率
物体由于运动而具有的能量叫动能
E=mv²/2
动能是一个状态量，它与物体的运动状态对应
v是瞬时速度
只有大小，没有方向
物体的动能总是大于等于零，不会出现负值
动能是标量
与参照物的选取相关
动能是相对的
动能
物体由于受到重力的作用，而具有的与其相对位置有关的能量，叫重力势能
h是重心相对于零势能面的高度
E=mgh
需要选取零势能面，一般选大地或整个过程的最低点为零势能面
势能的正负和大小是相对于零势能面的，高速低于零势能面，重力势能为负值，高于零势能面，重力势能为正值，正负表示大小
相对性
重力势能是物体和地球共有的，一般说物体的重力势能
系统性
重力做功与路径无关，与初末位置的高度差有关
重力做正功，重力势能减小，重力做负功，重力势能增大，重力做的功等于重力势能变化量的负值
重力做功特点
重力势能
发生形变的物体，在恢复原状时能够对外做功，因而具有能量，叫弹性势能
跟物体形变和材料有关
弹簧的弹性势能的大小与形变量及劲度系数有关，弹簧的形变量越大劲度系数越大弹簧的弹性势能越大
弹性势能一般取形变量x=0处为零势能点
弹性势能属于系统所有，即由弹簧各部分组成的系统所共有，而与外界物体无关
弹力做功与路径无关
弹力做正功，弹性势能减小，弹力做负功，弹性势能增大，弹力做的功等于弹性势能变化量的负值
弹力做功特点
弹性势能
动能、势能
所有外力对物体做的总功（也叫合外力的功）等于物体动能的变化量
W=E₂-E₁=mv₂²/2-mv₁²/2
ΔE>0表示动能增加；ΔE<0表示动能减小.
“增量”是末动能减初动能
系统内所有内力做的总功不一定是零
动能定理适用单个物体，对于物体系统尤其是具有相对运动的物体系统不能盲目的应用动能定理
各力位移相同时，可求合外力做的功，各力位移不同时，分别求力做功，然后求代数和
动能定理是标量式，功和动能都是标量，不能在某一个方向上应用动能定理
适用于恒力、变力
适用于直线运动和曲线运动
适用于瞬间过程和时间长的过程
动能定理的表达式是在物体受恒力作用且做直线运动的情况下得出的
对动能定理中的位移与速度必须相对同一参照系，以地面为参考系
动能定理用来求初末速度、初末动能、合力、分力、功、合位移、分位移，但是除机车恒定功率启动情况一般不用动能定理求时间和加速度
理解
确定研究对象和研究过程
对研究对象受力分析
写出该过程中合外力做的功，或分别写出各个力做的功
写出物体的初、末动能
应用动能定理解题的步骤
动能定理
在只有重力（和系统内弹力）做功的情况下，物体的动能和势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变
对某一物体，若只有重力（或系统内弹力）做功，其他力不做功（或其他力做功的代数和为零），则该物体机械能守恒
对某一系统，物体间只有动能和重力势能及弹性势能的相互转化，系统和外界没有发生机械能的传递，机械能也没有转变为其他形式的能，则系统机械能守恒
竖直方向匀速直线运动和竖直方向匀速圆周运动机械能不守恒
对绳子突然绷紧，物体间非弹性碰撞等除特别说明，必定有机械能损失
备注
选取研究对象（物体或系统
明确研究对象的运动过程，分析对象在过程中的受力情况，弄清各力做功的情况，判断机械能是否守恒
恰当地选取零势面，确定研究对象在过程中的始态和末态的机械能
根据机械能守恒定律的不同表达式列式方程，若选用了增（减）量表达式
应用机械能守恒定律解题的基本步骤
机械能守恒定律
能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式的能转化为另一种形式的能，或者从一个物体转移到另一个物体，能的总量保持不变
某种形式的能的减少量，一定等于其他形式能的增加量
某物体能量的减少量，一定等于其他物体能量的增加量
功是一种过程量，它和一段位移（一段时间）相对应
而能是一种状态量，它与某一时刻（某一位置）相对应
做功的过程是能量转化的过程，功是能量转化的量度
区别
物体动能的增量由外力做的总功来量度
势能定理
物体重力势能的增量由重力做的功来量度
物体机械能的增量由重力以外的其他力做的功来量度
弹性势能的改变由弹力做功来完成
一对互为作用力反作用力的摩擦力做的总功，用来量度该过程系统由于摩擦而减小的机械能，也就是系统增加的内能
功能关系
能量守恒
能源是人类社会的物质基础
能源的定义
燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用
电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用
能量耗散
煤、石油和天然气等
常规能源
新能源
能源的分类
太阳能
核能
水电站
水能
风力发电
风能
能源
能量守恒定律与能源
第七章：机械能守恒定律
高中物理必修二
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