Question

物理力学公式

Answer 1

一、质点的运动----直线运动
1）匀变速直线运动
1.加速度a=(Vt-Vo)/t 以Vo为正方向，a与Vo同向(加速)a>0；反向则a<0
2.末速度Vt=Vo+at
3. 位移S=Vot+at2/2=V平=tVt/2t
4. 有用推论Vt2 -Vo2=2as
5.平均速度V平=S/t （定义式）
6.中间时刻速度 Vt/2=V平=(Vt+Vo)/2 中间位置速度Vs/2=[(Vo2 +Vt2)/2] 1/2
7. 实验用推论ΔS=aT2 ΔS为相邻连续相等时间(T)内位移之差
8. 主要物理量及单位:初速度(Vo):m/s 加速度(a):m/s2 末速度(Vt):m/s
时间(t):秒(s) 位移(S):米（m） 路程: 米（m） 速度单位换算：1m/s=3.6Km/h
注：(1)平均速度是矢量。
(2)物体速度大,加速度不一定大。
(3)a=(Vt-Vo)/t只是量度式，不是决定式。
(4)其它相关内容：质点、位移和路程、速度与速率、s--t图、v--t图
2) 自由落体
1.初速度Vo=0 2.末速度Vt=gt
3.下落高度h=gt2/2 4.推论Vt2=2gh
注:(1)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动，遵循匀变速度直线运动规律。
(2)a=g=9.8≈10m/s2 重力加速度在赤道附近较小；地球两极最大；在高山处比平地小。
3)* 竖直上抛
1.位移S=Vot- gt2/2 2.末速度Vt= Vo- gt （g=9.8≈10m/s2 ）
3.有用推论Vt2 -Vo2=-2gS 4.上升最大高度Hm=Vo2/2g (抛出点算起）
5.往返时间t=2Vo/g （从抛出落回原位置的时间）
注:(1)全过程处理:是匀减速直线运动，以向上为正方向，加速度取负值。
(2)分段处理：向上为匀减速运动，向下为自由落体运动，具有对称性。
(3)上升与下落过程具有对称性,如在同点速度等值反向等。
二、质点的运动----曲线运动 万有引力
1)平抛运动
1.水平方向速度Vx=Vo 2.竖直方向速度Vy=gt
3.水平方向位移Sx=Vot 4.竖直方向位移Sy=gt2/2
5.运动时间t=(2Sy/g）1/2 (通常又表示为(2h/g)1/2)
6.合速度Vt=(Vx2+Vy2)1/2=[Vo2+(gt)2]1/2
合速度方向与水平夹角β: tgβ=Vy/Vx=gt/Vo
7.合位移S=(Sx2+ Sy2)1/2 ,
位移方向与水平夹角α: tgα=Sy/Sx＝gt/2Vo
注：(1)平抛运动是匀变速曲线运动，加速度为g，通常可看作是水平方向的匀速直线运动与竖直方向的自由落体运动的合成。
(2)运动时间由下落高度h(Sy)决定与水平抛出速度无关；在平抛运动中t是解题关键。
（3）α与β的关系为tgβ＝2tgα。
（4）当速度方向与合力(加速度)方向不在同一直线上时物体做曲线运动；曲线运动必有加速度。
2）匀速圆周运动
1.线速度V=s/t=2πR/T =ωR 2.角速度ω=Φ/t=2π/T=2πf
3.向心加速度a=V2/R=ω2R=(2π/T)2R 4.向心力F向心=mV2/R=mω2R=m(2π/T)2R
5.周期与频率T=1/f 6.角速度与线速度的关系V=ωR
7.角速度与转速的关系ω=2πf=2πn (统一单位后频率与转速大小相同)
8.主要物理量及单位：弧长(S):米(m) 角度(Φ)：弧度（rad）频率（f）：赫（Hz） 周期（T）：秒（s） 转速（n）：r/s 半径(R):米（m） 线速度（V）：m/s 角速度（ω）：rad/s 向心加速度：m/s2
注：（1）向心力可以由具体某个力提供，也可以由合力提供，还可以由分力提供，方向始终与速度方向垂直。
（2）做匀速度圆周运动的物体，其向心力等于合力，并且向心力只改变速度的方向，不改变速度的大小，因此物体的动能保持不变，但动量不断改变。
3)万有引力
1.开普勒第三定律T2/R3=K R:轨道半径 T :周期 K:常量(与行星质量无关)
2.万有引力定律F=Gm1m2/r2 G=6.67×10-11N•m2/kg2方向在它们的连线上
3.任意天体上的重力和重力加速度：GM=gR2 （黄金代换）
M：为天体的质量（Kg） g：为天体表面的重力加速度（m/s2） R:天体半径(m)
4.卫星绕行速度、角速度、周期都用： F万有=F向心
5.第一、二、三宇宙速度：V1=7.9Km/s V2=11.2Km/s V3=16.7Km/s
注:(1)天体运动所需的向心力由万有引力提供,F心=F万。
(2)应用万有引力定律可估算天体的质量密度等。
(3)地球同步卫星只能运行于赤道上空，运行周期和地球自转周期相同，h≈36000km 。
(4)卫星轨道半径变小时,势能变小、动能变大、速度变大、周期变小。
(5)地球卫星的最大环绕速度和最小发射速度均为7.9Km/S，最小周期约为83min。
三、力（常见的力、力矩、力的合成与分解）
1）常见的力
1.重力：大小：G=mg 方向：竖直向下 作用点：重心
g=9.8m/s2 ≈10 m/s2，适用于地球表面附近
2.胡克定律：F=kX 方向：沿恢复形变方向 k：劲度系数(N/m) X：形变量(m)
3.滑动摩擦力：f=μN 方向：与物体相对运动方向相反 μ：摩擦因数 N：正压力(N)
4.静摩擦力0≤f静≤fm 方向：与物体相对运动趋势方向相反 fm为最大静摩擦力
5.万有引力F=Gm1m2/r2 G=6.67×10-11N•m2/kg2 方向在它们的连线上
6.静电力F=KQ1Q2/r2 K=9.0×109N•m2/C2 方向在它们的连线上
7.电场力F=Eq E：场强N/C q：电量C 正电荷受的电场力与场强方向相同
8.安培力F=BILsinθ θ为B与L的夹角 当 L⊥B时: F=BIL ， B//L时: F=0
9.洛仑兹力f=qVBsinθ θ为B与V的夹角 当V⊥B时： f=qVB ， V//B时: f=0
注:(1)劲度系数K由弹簧自身决定
(2)摩擦因数μ与压力大小及接触面积大小无关，由接触面材料特性与表面状况等决定。
(3)fm略大于μN 一般视为fm≈μN
(4)物理量符号及单位 B：磁感强度(T)， L：有效长度(m)， I:电流强度(A)，V：带电粒子速度(m/S), q:带电粒子（带电体）电量(C)，
(5)安培力按“电-磁力”与洛仑兹力方向均用判定。
2）*力矩
1.力矩M=FL L为对应的力的力臂，指力的作用线到转动轴（点）的垂直距离
2.转动平衡条件 M顺时针= M逆时针 M的单位为N•m 此处N•m≠J
3）力的合成与分解
1.同一直线上力的合成 同向: F=F1+F2 反向：F=F1-F2 (F1>F2)
2.互成角度力的合成
F=(F12+F22+2F1F2cosα)1/2 F1⊥F2时: F=(F12+F22)1/2
3.合力大小范围 |F1-F2|≤F≤|F1+F2|
4.力的正交分解：Fx=Fcosβ Fy=Fsinβ β为合力与x轴之间的夹角tgβ=Fy/Fx
注：(1)力(矢量)的合成与分解遵循平行四边形定则。
（2）合力与分力的关系是等效替代关系,可用合力替代分力的共同作用,反之也成立。
(3)除公式法外，也可用作图法求解,此时要选择标度严格作图。
(4)F1与F2的值一定时,F1与F2的夹角(α角)越大合力越小。
（5）同一直线上力的合成，可沿直线取正方向，用正负号表示力的方向，化成代数运算。
四、动力学（运动和力）
1.第一运动定律(惯性定律）：物体具有惯性，总保持匀速直线运动状态 1、 胡克定律： F = kx (x为伸长量或压缩量；k为劲度系数，只与弹簧的原长、粗细和材料有关)
2、 重力： G = mg (g随离地面高度、纬度、地质结构而变化；重力约等于地面上物体受到的地球引力)
3 、求F 、 的合力：利用平行四边形定则。
注意：(1) 力的合成和分解都均遵从平行四边行法则。
(2) 两个力的合力范围：  F1－F2   F F1 + F2
(3) 合力大小可以大于分力、也可以小于分力、也可以等于分力。
4、两个平衡条件：
（1） 共点力作用下物体的平衡条件：静止或匀速直线运动的物体，所受合外力为零。
F合=0 或 ： Fx合=0 Fy合=0
推论：[1]非平行的三个力作用于物体而平衡，则这三个力一定共点。
[2]三个共点力作用于物体而平衡，其中任意两个力的合力与第三个力一定等值反向
(2 )有固定转动轴物体的平衡条件：力矩代数和为零．（只要求了解）
力矩：M=FL (L为力臂，是转动轴到力的作用线的垂直距离）
5、摩擦力的公式：
(1) 滑动摩擦力： f=  FN
说明 ： ① 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
② 为滑动摩擦因数，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N无关.
(2) 静摩擦力：其大小与其他力有关， 由物体的平衡条件或牛顿第二定律求解,不与正压力成正比.
大小范围： O f静 fm (fm为最大静摩擦力，与正压力有关)
说明：
a 、摩擦力可以与运动方向相同，也可以与运动方向相反。
b、摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功。
c、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。
d、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。
6、 浮力： F= gV (注意单位)
7、 万有引力： F=G
(1) 适用条件：两质点间的引力（或可以看作质点，如两个均匀球体）。
(2) G为万有引力恒量，由卡文迪许用扭秤装置首先测量出。
(3) 在天体上的应用：（M--天体质量 ，m—卫星质量， R--天体半径 ，g--天体表面重力加速度，h—卫星到天体表面的高度）
a 、万有引力=向心力
G
b、在地球表面附近，重力=万有引力
mg = G g = G
c、 第一宇宙速度
mg = m V=
8、 库仑力：F=K (适用条件：真空中，两点电荷之间的作用力)
9、 电场力：F=Eq (F 与电场强度的方向可以相同，也可以相反)
10、磁场力：
（1） 洛仑兹力：磁场对运动电荷的作用力。
公式：f=qVB (BV) 方向--左手定则
（2） 安培力 ： 磁场对电流的作用力。
公式：F= BIL （BI） 方向--左手定则
11、牛顿第二定律： F合 = ma 或者 Fx = m ax Fy = m ay
适用范围：宏观、低速物体
理解：（1）矢量性 （2）瞬时性 （3）独立性
（4） 同体性 （5）同系性 （6）同单位制
12、匀变速直线运动：
基本规律： Vt = V0 + a t S = vo t + a t2
几个重要推论：
(1) Vt2 － V02 = 2as （匀加速直线运动：a为正值 匀减速直线运动：a为正值）
(2) A B段中间时刻的瞬时速度:
Vt/ 2 = = (3) AB段位移中点的即时速度:
Vs/2 =
匀速：Vt/2 =Vs/2 ; 匀加速或匀减速直线运动：Vt/2 <Vs/2
(4) 初速为零的匀加速直线运动,在1s 、2s、3s¬……ns内的位移之比为12：22:32……n2； 在第1s 内、第 2s内、第3s内……第ns内的位移之比为1：3：5…… (2n-1)； 在第1米内、第2米内、第3米内……第n米内的时间之比为1： ： ……(
(5) 初速无论是否为零,匀变速直线运动的质点,在连续相邻的相等的时间间隔内的位移之差为一常数：s = aT2 (a--匀变速直线运动的加速度 T--每个时间间隔的时间)
13、 竖直上抛运动： 上升过程是匀减速直线运动，下落过程是匀加速直线运动。全过程是初速度为VO、加速度为g的匀减速直线运动。
（1） 上升最大高度： H =
(2) 上升的时间： t=
(3) 上升、下落经过同一位置时的加速度相同，而速度等值反向
(4) 上升、下落经过同一段位移的时间相等。 从抛出到落回原位置的时间：t =
（5）适用全过程的公式： S = Vo t -- g t2 Vt = Vo-g t
Vt2 -Vo2 = - 2 gS （ S、Vt的正、负号的理解）
14、匀速圆周运动公式
线速度: V= R =2 f R=
角速度：=
向心加速度：a = 2 f2 R
向心力： F= ma = m 2 R= m m4 n2 R
注意：（1）匀速圆周运动的物体的向心力就是物体所受的合外力，总是指向圆心。
（2）卫星绕地球、行星绕太阳作匀速圆周运动的向心力由万有引力提供。
（3） 氢原子核外电子绕原子核作匀速圆周运动的向心力由原子核对核外电子的库仑力提供。
15、平抛运动公式：匀速直线运动和初速度为零的匀加速直线运动的合运动
水平分运动： 水平位移： x= vo t 水平分速度：vx = vo
竖直分运动： 竖直位移： y = g t2 竖直分速度：vy= g t
tg = Vy = Votg Vo =Vyctg
V = Vo = Vcos Vy = Vsin
在Vo、Vy、V、X、y、t、七个物理量中，如果 已知其中任意两个，可根据以上公式求出其它五个物理量。
16、 动量和冲量： 动量： P = mV 冲量：I = F t
（要注意矢量性）
17 、动量定理： 物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化。
公式： F合t = mv’ - mv (解题时受力分析和正方向的规定是关键)

18、动量守恒定律：相互作用的物体系统，如果不受外力，或它们所受的外力之和为零，它们的总动量保持不变。 （研究对象：相互作用的两个物体或多个物体）
公式：m1v1 + m2v2 = m1 v1‘+ m2v2’或p1 =- p2 或p1 +p2=O
适用条件：
（1）系统不受外力作用。 （2）系统受外力作用，但合外力为零。
（3）系统受外力作用，合外力也不为零，但合外力远小于物体间的相互作用力。
（4）系统在某一个方向的合外力为零，在这个方向的动量守恒。
19、 功 ： W = Fs cos (适用于恒力的功的计算）
（1） 理解正功、零功、负功
（2） 功是能量转化的量度
重力的功------量度------重力势能的变化
电场力的功-----量度------电势能的变化
分子力的功-----量度------分子势能的变化
合外力的功------量度-------动能的变化
20、 动能和势能： 动能： Ek =
重力势能：Ep = mgh (与零势能面的选择有关)
21、动能定理：外力所做的总功等于物体动能的变化（增量）。
公式： W合= Ek = Ek2 - Ek1 = 22、机械能守恒定律：机械能 = 动能+重力势能+弹性势能
条件：系统只有内部的重力或弹力做功.
公式： mgh1 + 或者 Ep减 = Ek增
23、能量守恒（做功与能量转化的关系）：有相互摩擦力的系统，减少的机械能等于摩擦力所做的功。
E = Q = f S相
24、功率： P = (在t时间内力对物体做功的平均功率)
P = FV (F为牵引力，不是合外力；V为即时速度时，P为即时功率；V为平均速度时，P为平均功率； P一定时，F与V成正比)
25、 简谐振动： 回复力： F = -KX 加速度：a = -
单摆周期公式： T= 2 (与摆球质量、振幅无关)
(了解)弹簧振子周期公式：T= 2 (与振子质量、弹簧劲度系数有关，与振幅无关)
26、 波长、波速、频率的关系： V = = f （适用于一切波）
电场
1.两种电荷、电荷守恒定律、元电荷：(e＝1.60×10-19C）；带电体电荷量等于元电荷的整数倍
2.库仑定律：F＝kQ1Q2/r2（在真空中）｛F:点电荷间的作用力(N)，k:静电力常量k＝9.0×109N•m2/C2，Q1、Q2:两点电荷的电量(C)，r:两点电荷间的距离(m)，方向在它们的连线上，作用力与反作用力，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引｝
3.电场强度：E＝F/q（定义式、计算式)｛E:电场强度(N/C)，是矢量（电场的叠加原理），q：检验电荷的电量(C)｝
4.真空点（源）电荷形成的电场E＝kQ/r2 ｛r：源电荷到该位置的距离（m），Q：源电荷的电量｝
5.匀强电场的场强E＝UAB/d ｛UAB:AB两点间的电压(V)，d:AB两点在场强方向的距离(m)｝
6.电场力：F＝qE ｛F:电场力(N)，q:受到电场力的电荷的电量(C)，E:电场强度(N/C)｝
7.电势与电势差：UAB＝φA-φB，UAB＝WAB/q＝-ΔEAB/q
8.电场力做功：WAB＝qUAB＝Eqd｛WAB:带电体由A到B时电场力所做的功(J)，q:带电量(C)，UAB:电场中A、B两点间的电势差(V)(电场力做功与路径无关),E:匀强电场强度,d:两点沿场强方向的距离(m)｝
9.电势能：EA＝qφA ｛EA:带电体在A点的电势能(J)，q:电量(C)，φA:A点的电势(V)｝
10.电势能的变化ΔEAB＝EB-EA ｛带电体在电场中从A位置到B位置时电势能的差值｝
11.电场力做功与电势能变化ΔEAB＝-WAB＝-qUAB (电势能的增量等于电场力做功的负值)
12.电容C＝Q/U(定义式,计算式) ｛C:电容(F)，Q:电量(C)，U:电压(两极板电势差)(V)｝
13.平行板电容器的电容C＝εS/4πkd（S:两极板正对面积，d:两极板间的垂直距离，ω：介电常数）
常见电容器〔见第二册P111〕
14.带电粒子在电场中的加速(Vo＝0)：W＝ΔEK或qU＝mVt2/2，Vt＝(2qU/m)1/2
15.带电粒子沿垂直电场方向以速度Vo进入匀强电场时的偏转(不考虑重力作用的情况下)
类平 垂直电场方向:匀速直线运动L＝Vot(在带等量异种电荷的平行极板中：E＝U/d)
抛运动 平行电场方向:初速度为零的匀加速直线运动d＝at2/2，a＝F/m＝qE/m
注:
(1)两个完全相同的带电金属小球接触时,电量分配规律:原带异种电荷的先中和后平分,原带同种电荷的总量平分；
(2)电场线从正电荷出发终止于负电荷,电场线不相交,切线方向为场强方向,电场线密处场强大,顺着电场线电势越来越低,电场线与等势线垂直；
（3）常见电场的电场线分布要求熟记〔见图[第二册P98]；
(4)电场强度（矢量）与电势（标量）均由电场本身决定,而电场力与电势能还与带电体带的电量多少和电荷正负有关；
(5)处于静电平衡导体是个等势体,表面是个等势面,导体外表面附近的电场线垂直于导体表面，导体内部合场强为零,导体内部没有净电荷,净电荷只分布于导体外表面；
(6)电容单位换算：1F＝106μF＝1012PF；
(7）电子伏(eV)是能量的单位,1eV＝1.60×10-19J；
(8)其它相关内容：静电屏蔽〔见第二册P101〕/示波管、示波器及其应用〔见第二册P114〕等势面〔见第二册P105〕。

恒定电流
1.电流强度：I＝q/t｛I:电流强度(A），q:在时间t内通过导体横载面的电量(C），t:时间(s）｝
2.欧姆定律：I＝U/R ｛I:导体电流强度(A)，U:导体两端电压(V)，R:导体阻值(Ω)｝
3.电阻、电阻定律：R＝ρL/S｛ρ:电阻率(Ω•m)，L:导体的长度(m)，S:导体横截面积(m2)｝
4.闭合电路欧姆定律：I＝E/(r+R)或E＝Ir+IR也可以是E＝U内+U外
｛I:电路中的总电流(A)，E:电源电动势(V)，R:外电路电阻(Ω)，r:电源内阻(Ω)｝
5.电功与电功率：W＝UIt，P＝UI｛W:电功(J)，U:电压(V)，I:电流(A)，t:时间(s)，P:电功率(W)｝
6.焦耳定律：Q＝I2Rt｛Q:电热(J)，I:通过导体的电流(A)，R:导体的电阻值(Ω)，t:通电时间(s)｝
7.纯电阻电路中:由于I＝U/R,W＝Q，因此W＝Q＝UIt＝I2Rt＝U2t/R
8.电源总动率、电源输出功率、电源效率：P总＝IE，P出＝IU，η＝P出/P总｛I:电路总电流(A)，E:电源电动势(V)，U:路端电压(V)，η：电源效率｝
9.电路的串/并联 串联电路(P、U与R成正比) 并联电路(P、I与R成反比)
电阻关系(串同并反) R串＝R1+R2+R3+ 1/R并＝1/R1+1/R2+1/R3+
电流关系 I总＝I1＝I2＝I3 I并＝I1+I2+I3+
电压关系 U总＝U1+U2+U3+ U总＝U1＝U2＝U3
功率分配 P总＝P1+P2+P3+ P总＝P1+P2+P3+
10.欧姆表测电阻
(1)电路组成 (2)测量原理
两表笔短接后,调节Ro使电表指针满偏，得
Ig＝E/(r+Rg+Ro)
接入被测电阻Rx后通过电表的电流为
Ix＝E/(r+Rg+Ro+Rx)＝E/(R中+Rx)
由于Ix与Rx对应，因此可指示被测电阻大小
(3)使用方法:机械调零、选择量程、欧姆调零、测量读数｛注意挡位(倍率)｝、拨off挡。
(4)注意:测量电阻时，要与原电路断开,选择量程使指针在中央附近,每次换挡要重新短接欧姆调零。
11.伏安法测电阻
电流表内接法：
电压表示数：U＝UR+UA

电流表外接法：
电流表示数：I＝IR+IV

Rx的测量值＝U/I＝(UA+UR)/IR＝RA+Rx>R真
Rx的测量值＝U/I＝UR/(IR+IV)＝RVRx/(RV+R)<R真
选用电路条件Rx>>RA [或Rx>(RARV)1/2]
选用电路条件Rx<<RV [或Rx<(RARV)1/2]
12.滑动变阻器在电路中的限流接法与分压接法
限流接法
电压调节范围小,电路简单,功耗小
便于调节电压的选择条件Rp>Rx

电压调节范围大,电路复杂,功耗较大
便于调节电压的选择条件Rp<Rx
注1)单位换算：1A＝103mA＝106μA；1kV＝103V＝106mA；1MΩ＝103kΩ＝106Ω
(2)各种材料的电阻率都随温度的变化而变化,金属电阻率随温度升高而增大；
(3)串联总电阻大于任何一个分电阻,并联总电阻小于任何一个分电阻；
(4)当电源有内阻时,外电路电阻增大时,总电流减小,路端电压增大；
(5)当外电路电阻等于电源电阻时,电源输出功率最大,此时的输出功率为E2/(2r)；
(6)其它相关内容：电阻率与温度的关系半导体及其应用超导及其应用〔见第二册P127〕。

Answer 2

匀速运动 s=v*t
匀加速运动v=v0+at s=s0+1/2at^2 自由落体h=1/2gt^2
牛顿第二定律f=ma
匀速圆周运动向心加速度 a=v^2/r
万有引力定律F=k(m1*m2/r^2)

Answer 3

F=ma