高中物理必修一:第一~四章总结_思维导图模板

物理

高中物理必修一第一章运动的描述

质点　参考系和坐标系

机械运动

定义：物体的空间位置随时间的变化

基本形式：平动、转动

注意事项：植物的生长不是机械运动

质点

定义：用来代替物体的具有质量的点

基本属性：只占有位置而不占空间，具有被代替物体的全部质量

可看成质点的条件

取决于所研究的问题，而不是其物体本身

只有当物体的大小、形状等对其所研究的问题没有影响或影响很小时，才可以将物体视为质点

判断能否视为质点

动作

转动，旋转

物体各部分运动状态不同

质点是一个理想化的物理模型，实际上并不存在。是实际物体的一种近似，为了研究问题的方便进行的科学抽象，是复杂的问题得到简化。所以研究质点所得到的结论可应用于实际物体

质点不同于只表示空间位置的几何点（质点具有质量，几何点没有）

参考系

定义：在描述一个物体的运动时，选来作为标准的另外的某个物体叫参考系。也就是参照物

参考系的选择原则

任意性原则：参考系的选取是任意的，选择不同的参考系描述同一物体的运动，其结果可能不同

简单方便原则：应以观察方便和运动的描述简单为原则。我们通常选地面或相对地面静止的物体作为参考系

统一性原则：当比较两个或多个物体的运动情况时，必须选择统参考系

物体的运动是相对于参考系而言的，这是运动的相对性。所以提到运动都应明确它是相对哪个参考系而言的

无论物体原来的运动如何，一旦把它选为参考系，就视为它是静止的

坐标系

物体做机械运动时，其位置发生了变化，为了定量的描述物体的位置和位置的变化，需要在参考系上建立坐标系

坐标系是建立在参考系上的，参考系是坐标系中的坐标原点

坐标系的分类

直线坐标系、平面直角坐标系、空间直角坐标系

坐标要带单位

时间和位移

时刻和时间间隔

定义：在表示时间的数轴上，时刻用点表示，时间间隔用线段表示

时间是时间间隔的简称，时间不是时间间隔和时刻的统称

路程和位移

路程S

物体运动轨迹的长度

矢量性：路程为标量，只有大小没有方向，遵循算数法则

路程的大小与路径有关，但路程不能描述物体位置的变化

位移x

表示物体（质点）的位置变化

从初位置到末位置作一条有向线段表示位移

段的长短表示大小，有向线段的指向表示方向

矢量性：位移是矢量，既有大小又有方向，运算遵循平行四边形定则

位移与路径无关只与始末位置有关

物理意义：描述质点位置变化的物理量

直线运动的位置和位移

公式：△x=x₁-x₂

路程≥位移的大小

矢量和标量

矢量

满足平行四边形法则

既有大小又有方向

矢量的正负表示方向

两个矢量比较大小时，要去掉正负号，因为矢量的正负号表示方向不表示大小

标量

满足算数法则

只有大小没有方向

标量的正负表大小

运动快慢的描述——速度

定义：速度v等于物体运动的位移△x跟发生这段位移所用时间△t的比值

表达式

v=△x/△t

矢量性：矢量，其大小在数值上等于单位时间内位移的大小，方向与△x的方向相同

单位

国际单位制中速度的单位是“米每秒”m/s

常用单位：m/s，km/h等，1m/s=3.6km/h

物理意义：描述物体运动快慢及方向的物理量

只说速度或速率默认为瞬时速度或瞬时速率

平均速度

定义：运动的物体的位移△x跟发生这段位移所用时间△t的比值，叫做平均速度

矢量性：矢量，方向与这段时间发生的位移△x的方向相同

平均速度描述的是某一段时间或某一段时间内的平均快慢程度，只能粗略的描述的描述物体的运动

瞬时速度

定义：运动物体在某一时刻或某一位置的速度

矢量性：矢量，方向为物体所在位置的运动方向，也就是路程轨迹的切线方向

瞬时速度能够精确的描述物体运动的快慢程度和方向

瞬时速率和平均速率

瞬时速率就是瞬时速度的大小，但是平均数率不是平均速度的大小，平均速率与平均速度的大小是两个完全不同的概念

平均速率是物体运动的路程与时间的比值

速度变化快慢的描述
——加速度

定义

加速度是速度的变化量与这一变化所用时间的比值，通常用a表示（也就是速度的变化率）

表达式

a=△v/△t=(v-v₀)/(t-t₀)

单位

米每二次方秒，m/s²或m·s⁻²

矢量性

矢量，方向与△t的方向相同，与v的方向无关

物理意义

描述速度改变快慢的物理量，速度的改变包括大小和方向

求加速度时要注意规定正方向，然后确定初末速度

a和v₀的关系

a和v₀，同向→加速运动→a增大，v增大的快；
a减小，v增大的慢

a和v₀，反向→减速运动→a增大，v减小的快；
a减小，v减小的慢

对加速的的理解

物体的速度大，加速度不一定大

物体的速度很小，加速度不一定很小

物体的速度为零，加速度不一定为零

物体的速度变化很大，加速度不一定大

负加速度不一定小于正加速度

加速度为负，物体不一定做减速运动

加速度不断减小，速度不一定减小

加速度不断增大，速度不一定增大

物体速度大小不变，加速度不一定为零

加速度的方向不一定与速度在同一直线上

高中物理必修一第二章
匀变速直线运动的研究

匀变速直线运动的速度与时间的关系

匀变速直线运动

定义

沿着一条直线，且加速度不变的运动，叫做匀变速直线运动

特点

运动轨迹式直线

任意相等时间内的△v相等，速度均匀变化

分类

匀加速直线运动

a与v同向

物体的速度随时间均匀增加的匀变速直线运动

匀减速直线运动

a与v反向

物体的速度随时间均匀减小的匀变速直线运动

图像

v-t图像的斜率的绝对值等于物体加速度的大小，斜率的正负表示加速度的方向

v-t图像与纵轴的交点的纵坐标表示物体的初速度

速度与时间的关系式

公式

v=v₀+at

公式的理解

数值

v₀和v分表表示物体的初末速度

a为物体的加速度，且a为恒量

at是物体在运动过程中的变化量

公式的矢量性

若加速度方向与正方向相同，则加速度取正值，若加速度方向与正方向相反，则加速

若v为正值，则表示末速度方向与初速度方向相同；
若v为负值，则表示未速度方向与初速度方向相反

公式的适用范围

适用于匀变速直线运动

对曲线运动或加速度变化的直线运动都不适

公式的特殊形式

当a=0时，v=v₀

匀速直线运动

当v₀=0时，v=at

由静止开始的匀加速直线运动

匀变速直线运动的位移与时间的关系

v-t图像中，图线与坐标轴围成的面积在数值上等于位移的大小

位移与时间的关系式

公式

x=v₀t+at²/2

公式的理解

反映了位移随时间的变化规律

因为v₀、a、x均为矢量，使用公式时应先规定正方向
（一般以v₀的方向为正方向）

若物体做匀加速运动，a取正值，
若物体做匀减速运动，则a取负值

t是指物体运动的实际时间，要将位移与发生这段位移的时间对应

代入数据时，各物理量的单位要统一（用国际单位制中的主单位）

适用匀变速直线运动

判断物体是否做匀速直线运动

“位移差法”判断运动情况，设时间间隔相等的相邻点之间的位移分别为x₁,x₂,x₃,...,xn

若△x=x₂-x₁=x₃-x₂=...=xn-xn-₁=0，则物体做匀速直线运动

若△x=x₂-x₁=x₃-x₂=...=xn-xn-₁≠0，则物体做匀变速直线运动

匀变速直线运动的速度与位移的关系

速度与位移的关系式

公式

v²-v₀²=2ax

不涉及到时间t用这个公式方便

若v₀=0，则v²=2ax

匀速直线运动的推论

匀变速直线运动在时间t内的平均速度等于初、末速度的平均值

匀变速直线运动在时间t内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度

匀变速直线运动的某段位移的中间位置的瞬时速度公式（不等于该段位移内的平均速度）

做加速度为a的匀变速直线运动的质点，如果在连续相等的相邻的时间T内的位移依次为x₁,x₂,x₃,...,xn，则任意两个相邻的位移之差相等，且都等于aT²

xm-xn=(m-n)aT²
（逐差法）

自由落体运动

定义：物体只在重力作用下从静止开始下落的运动，叫做自由落体运动

规律：初速度为0的匀加速直线运动

v=gt

h=gt²/2

v²=2gh

自由落体加速度，也叫做重力加速度

大小：g=9.8m/s²（一般情况）

方向：竖直向下

在同一地点，一切物体自由下落的加速度都相同

纬度越高，重力加速度g越大

竖直上抛运动

定义：将物体以一定的初速度沿竖直方向向上抛出且只受重力的运动，叫做竖直上抛运动.

规律：加速度始终为重力加速度g，是一个匀变速直线运动

典型的物理量

物体到达最高点时，v=0，从抛出到达最高点所用的时间为：t=v₀/g

竖直上抛运动的最大高度为：h=v₀²/2g

重要性（逆向转换法）：对称性

物体上升到最高点所用时间与物体从最高点落回到原抛出点所用的时间相等

物体上抛时的初速度与物体又落回原抛出点时的速度：大小相等，方向相反

处理方法

整体法

将全过程看做是初速度为v₀，加速度是-g的匀变速直线运动

分段法

上升过程是a=-g，v=0的匀变速直线运动，下降过程是自由落体运动

伽利略对自由落体运动的研究

历史

亚里士多德通过对大量的物体自由下落的观察（具有片面性），直接得出结论：重的物体比轻
的物体下落的快，即“重快轻慢”。
由于他在学术界的崇高地位，且该结论符合生活经验，这种论断流传了近2000年

直到16世纪，在意大利的比萨斜塔上，伽利略做了著名的两个球同时落地的实验。动摇了人们
头脑中的旧观念，开创了实验和科学推理之先河，将近代物理学以至近代科学推上了历史的舞台

猜想与假说

伽利略认为，自由落体是一种最简单的变速运动，速度应该是均匀变化的

均匀变化的两种可能性

速度随时间均匀变化，即v与t成正比

v=v₀+at

速度随位移均匀变化，即v与x成正比

v²-v₀²=2ax

实验验证

自由落体下落时间太短，当时用实验直接验证有困难，伽利略采用了间接验证方法

他让一个铜球从阻力很小的斜面上滚下，做了上百次实验。小球在斜面上运动加速度要比它竖直落下时小得多，所以时间容易测出

实验结果表明，光滑斜面倾角不变时，从不同位置让小球滚下，小球的位移与时间的平方之比不变

由此证明了小球沿光滑斜面下滑的运动是匀变速直线运动；换用不同质量的小球重复实验，结论不变

理论外推

伽利略将上述结果做了合理外推，把斜面倾角增大到90°的情况，这时小球将自由下落，成为自由落体运动，伽利略认为，这时小球仍然会保持匀加速运动的性质，而且所有物体下落时的加速度都是一样的

伽利略的研究方法

运用“归谬法”否定了亚里士多德关于重的物体下落快的论断

提出自由落体运动是一种最简单的变速运动——匀变速运动的假说

采用间接验证的方法

伽利略对自由落体运动的研究，开创了研究自然规律的科学方法——抽象思维、数学推导和科学实验相结合

高中物理必修一第三章相互作用

力

力是物体之间的相互作用，有力必有施力物体和受力物体

力的大小、方向、作用点叫力的三要素

用一条有向线段把力的三要素表示出来的方法叫力的图示

力的类别

按性质命名的力

重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力等

按效果命名的力

拉力、压力、支持力、动力、阻力等

力的作用效果

形变

改变运动状态

重力　基本相互作用

由于地球的吸引而使物体受到的力

重力的大小G=mg，方向竖直向下

重心

作用点叫物体的重心

重心的位置与物体的质量分布和形状有关

质量均匀分布，形状规则的物体的重心在其几何中心处

薄板类物体的重心可用悬挂法确定

备注

重力是万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球自转所需的向心力，
在两极处重力等于万有引力

由于重力远大于向心力，一般情况下近似认为重力等于万有引力

弹力

内容

发生形变的物体，由于要恢复原状，会对跟它接触的且使其发生形变的物体产生力的作用，这种力叫弹力

条件

接触

形变

物体的形变不能超过弹性限度

方向

弹力的方向和产生弹力的那个形变方向相反

大小

弹簧的弹力大小由F=kx计算

一般情况弹力的大小与物体同时所受的其他力及物体的运动状态有关，应结合平衡条件或牛顿定律确定

摩擦力

产生的条件

接触面粗糙

有弹力作用

有相对运动(或相对运动趋势)

缺一不可

方向

跟接触面相切，与相对运动或相对运动趋势方向相反

摩擦力的方向和物体运动方向可能相同，也可能相反，还可能成任意角度

大小

滑动摩擦力：f=μN

FN为接触面间的弹力，可以大于G；也可以等于G；也可以小于G

为滑动摩擦系数，只与接触面材料和粗糙程度有关，与接触面积大小、接触面相对运动快慢以及正压力FN无关

静摩擦

由物体的平衡条件或牛顿第二定律求解，与正压力无关

大小范围

具体数值计算

根据平衡条件

根据牛顿第二定律求出合力，然后通过受力分析确定

备注

摩擦力可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反，还可以与运动方向成一定夹角

摩擦力可以作正功，也可以作负功，还可以不作功

摩擦力的方向与物体间相对运动的方向或相对运动趋势的方向相反

静止的物体可以受滑动摩擦力的作用，运动的物体可以受静摩擦力的作用

力的合成和分解

标量和矢量

将物理量区分为矢量和标量体现了用分类方法研究物理问题

矢量和标量的根本区别在于它们遵从不同的运算法则

标量用代数法

矢量用平行四边形定则或三角形定则

同一直线上矢量的合成可转为代数法，即规定某一方向为正方向，与正方向相同的物理量用正号代人，相反的用负号代人，然后求代数和，最后结果的正、负体现了方向，但有些物理量虽也有正负之分，运算法则也一样，但不能认为是矢量，最后结果的正负也不表示方向，如：功、重力势能、电势能、电势等

合力与分力

如果一个力作用在物体上，它产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，而那几个力叫做这个力的分力

共点力的合成

共点力

几个力如果都作用在物体的同一点上，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫共点力

求几个已知力的合力叫做力的合成

F₁和F₂在同一条直线上

F₁、F₂同向：合力F=F₁+F₂方向与F₁、F₂的方向一致

F₁、F₂反向：合力F=|F₁-F₂|，方向与F₁、F₂两者中较大的方向一致

互成θ角——用力的平行四边形定则

平行四边形定则

两个互成角度的力的合力，可以用表示这两个力的有向线段为邻边，作平行四边形，它
的对角线就表示合力的大小及方向，这是矢量合成的普遍法则

备注

力的合成和分解都均遵从平行四边行法则

两个力的合力范围

合力可以大于分力、也可以小于分力、也可以等于分力

两个分力成直角时，用勾股定理或三角函数

注意点

力的合成与分解，体现了用等效的方法研究物理问题

共点的两个力合力的大小范围是

|F1-F2|≤F合≤Fl+F2

共点的三个力合力的最大值为三个力的大小之和，最小值可能为零

力的分解时要认准力作用在物体上产生的实际效果，按实际效果来分解

力的正交分解法是把作用在物体上的所有力分解到两个互相垂直的坐标轴上，分解最终往往是为了求合力

受力分析

确定研究对象，并隔离出来

先画重力，然后弹力、摩擦力，再画电、磁场力

检查受力图，找出所画力的施力物体，分析结果能否使物体处于题设的运动状态(静止或加速)，否则必然是多力或漏力

合力或分力不能重复列为物体所受的力

整体法和隔离体法

整体法

把几个物体视为一个整体，受力分析时，只分析这一整体之外的物体对整体的作用力，不考虑整体内部之间的相互作用力

隔离法

把要分析的物体从相关的物体系中假想地隔离出来，只分析该物体以外的物体对该物体的作用力，不考虑物体对其它物体的作用力

方法选择

涉及的问题是整体与外界作用时，应用整体分析法
可使问题简单明了，而不必考虑内力的作用

涉及的问题是物体间的作用时，要应用隔离分析法
这时原整体中相互作用的内力就会变为各个独立物体的外力

注意点

弹力和摩擦力都是产生于相互接触的两个物体之间，因此要从接触点处判断弹力和
摩擦力是否存在，如果存在，则根据弹力和摩擦力的方向，画好这两个力

画受力图时要逐一检查各个力，找不到施力物体的力一定是无中生有的.同时应只画
物体的受力，不能把对象对其它物体的施力也画进去

共点力作用下物体的平衡

物体的平衡

质点静止或做匀速直线运动

物体不转动或匀速转动

共点力作用下物体的平衡

平衡状态：静止或匀速直线运动状态，物体的加速度为零

平衡条件：合力为零，亦即F合=0或∑Fx=0，∑Fy=0

二力平衡：这两个共点力必然大小相等，方向相反，作用在同一条直线上

三力平衡：这三个共点力必然在同一平面内，且其中任何两个力的合力与
第三个力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，即任何两个力的合
力必与第三个力平衡

若物体在三个以上的共点力作用下处于平衡状态，通常可采用正交分解

F合x=F1x+F2x+………+Fnx=0

F合y=F1y+F2y+………+Fny=0

平衡条件的推论

当物体处于平衡状态时，它所受的某一个力与所受的其它力的合力等值反向

当三个共点力作用在物体(质点)上处于平衡时，三个力的矢量组成一封闭的三角形按同一环绕方向

平衡物体的临界问题

当某种物理现象(或物理状态)变为另一种物理现象(或另一物理状态)时的转折状态叫临界状态

临界问题的分析方法

极限分析法：通过恰当地选取某个物理量推向极端从而把比较隐蔽的临界现象暴露出来，便于解答

高中物理必修一第四章牛顿运动定律

牛顿第一定律

内容

一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止

说明了一切物体都有惯性，惯性是物体的固有性质，质量是物体惯性大小的量度（惯性与物体的速度大小、受力大小、运动状态无关）

独立性

任何物体都具有惯性

力是物体对物体的作用，力使物体的运动状态发生变化

揭示了力与运动的关系

力是改变物体运动状态（产生加速度）的原因，而不是维持运动的原因

它是通过理想实验得出的，它不能由实际的实验来验证

适用范围

只适用于惯性参考系

在质点不受外力作用时，能够判断出质点静止或作匀速直线运动的参考系一定是惯性参考系

牛顿第二定律

内容

物体的加速度a跟物体所受的合外力F成正比，跟物体的质量m成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同

公式

F=ma

特点

瞬时性

加速度和力同时产生、同时变化、同时消失

矢量性

加速度和合力的方向始终保持一致

同体性

合外力、质量和加速度是针对同一物体

独立性

在一个外力作用下产生的加速度只与此外力有关，与其他力无关

合加速度和合外力有关

因果性

力是产生加速度的原因，加速度是力的作用效果

力是改变物体运动状态的原因

等值不等质性

F=ma，但ma不是力，反映物体状态变化情况

m=F/a，但F/a度量物体质量大小的方法，m与F和无关

适用范围

只适用于质点

只适用于惯性参考系

只适用于宏观问题

只适用于低速问题

力学单位制

物理公式功能

物理学的关系式在确定了物理量之间的数量关系的同时，也确定了物理量单位间的关系

基本量

被选定的能够利用物理量之间的关系推导出其他物理量的一些量

基本单位

基本量的单位

导出单位

由基本量根据物理关系推导出来的其他物理量的单位

国际单位制

一种国际通用的、包括一切计量领域的单位制

长度l，单位米m

质量m，单位千克kg

时间t，单位秒s

电流I，单位安培A

力学中三个基本物理量及单位

三个基本物理量

长度、质量和时间

三个基本单位

米、千克和秒

单位制的意义

单位是物理量的组成部分，对于物理量，如果有单位一定要在数字后带上单位，同一个物理量，选用不同单位时其数值不同

统一单位，便于人们的相互交流，统一人们的认识

组成单位制

牛顿第三定律

内容

两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上

特点

成对存在

研究的对象至少是两个物体，多于两个以上的物体之间的相互作用，总可以区分成若干两两相
互作用的物体对

相对且彼此依存

作用力和反作用力是相互的，互相依赖相为依存

力具有物质性，不能脱离开物体（物质）而存在

同时性

作用力和反作用力的同时性，它们是同时产生、同时消失、同时变化

同性质

作用力和反作用力必须是同一性质的力

不可叠加性

作用力和反作用力分别作用在两个不同的物体上，各产生其效果，不可求它们的合力，两力的作用效果不能相互抵消

适用范围

只适用于惯性系中实物物体之间的相互作用

用牛顿运动定律解决问题（一）

运用牛顿第二定律解题的基本思路

1.确定研究对象

2.采用隔离体法，正确受力分析

3.建立坐标系，正确分解力

4.根据牛顿第二定律列出方程

5.统一单位

连接体问题

选取最佳的研究对象

可采取“先整体，后隔离”或“分别隔离”等方法

一般当各部分加速度大小、方向相同时，可当作整体研究

当各部分的加速度大小、方向不相同时，要分别隔离研究

选取的研究对象进行受力分析，依据牛顿第二定律列出方程式

临界问题

详细分析物理过程，根据条件变化或随着过程进行引起的受力情况和运动状态变化，找到临界状态和临界条件

在某些物理过程比较复杂的情况下，用极限分析的方法可以尽快找到临界状态和临界条件

用牛顿运动定律解决问题（二）

动力学的两类基本问题

已知物体的受力情况，确定物体的运动情况

根据受力情况，利用牛顿第二定律求出物体的加速度

选择恰当的运动学公式求解相关的速度、位移等

已知物体的运动情况，推断或求出物体所受的未知力

根据运动情况，利用运动学公式求出物体的加速度

根据牛顿第二定律确定物体所受的合外力，从而求出未知力

超重和失重

在平衡状态时，物体对水平支持物的压力大小等于物体的重力

当物体在竖直方向上有加速度时

加速度方向向上

物体对支持物的压力大于物体的重力，这种现象叫超重现象

加速度方向向下

物体对支持物的压力小于物体的重力，这种现象叫失重现象

注意点

当物体处于超重和失重状态时，物体的重力并没有变化

物体是否处于超重状态或失重状态，不在于物体向上运动还是向下运动，即不取决于速度方向，而是取决于加速度方向

当物体处于完全失重状态（a=g）时，平常一切由重力产生的物理现象都会完全消失

高中物理必修一:第一~四章总结

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