2025年高一物理下學(xué)期“高一物理學(xué)習(xí)成果”展示卷一、運(yùn)動(dòng)的描述1.1質(zhì)點(diǎn)、參考系與坐標(biāo)系在物理學(xué)中，為了簡化對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的研究，我們引入了質(zhì)點(diǎn)模型。質(zhì)點(diǎn)是指在研究物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，忽略物體的形狀和大小，將其抽象為一個(gè)具有質(zhì)量的點(diǎn)。這種理想化模型的建立，體現(xiàn)了物理學(xué)從復(fù)雜現(xiàn)象中提煉本質(zhì)的研究方法。質(zhì)點(diǎn)模型的適用條件是：當(dāng)物體的形狀和大小對(duì)所研究的問題影響可以忽略時(shí)，如研究地球繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)，地球可視為質(zhì)點(diǎn)；而研究地球自轉(zhuǎn)時(shí)，則不能將其視為質(zhì)點(diǎn)。參考系是描述物體運(yùn)動(dòng)時(shí)所選定的參照物。同一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)，選擇不同的參考系，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述可能不同。例如，坐在行駛的汽車中的乘客，以汽車為參考系是靜止的，以地面為參考系則是運(yùn)動(dòng)的。在研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)，通常選擇地面作為參考系。坐標(biāo)系是在參考系的基礎(chǔ)上建立的，用于定量描述物體的位置及其變化。常用的坐標(biāo)系有直線坐標(biāo)系（一維）、平面直角坐標(biāo)系（二維）和空間直角坐標(biāo)系（三維）。1.2位移、速度和加速度位移是描述物體位置變化的物理量，是矢量，既有大小又有方向，其大小等于初位置到末位置的直線距離，方向由初位置指向末位置。路程是物體運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)際長度，是標(biāo)量。例如，物體沿半徑為R的圓形軌道運(yùn)動(dòng)一周，位移大小為0，路程為2πR。速度是描述物體運(yùn)動(dòng)快慢和方向的物理量，是矢量。平均速度等于位移與發(fā)生這段位移所用時(shí)間的比值，即v=Δx/Δt。瞬時(shí)速度是物體在某一時(shí)刻或某一位置的速度，當(dāng)時(shí)間間隔Δt非常小時(shí)，平均速度可近似視為瞬時(shí)速度。速率是瞬時(shí)速度的大小，是標(biāo)量。加速度是描述物體速度變化快慢和方向的物理量，是矢量，定義式為a=Δv/Δt。加速度的方向與速度變化量Δv的方向相同。當(dāng)加速度與速度方向相同時(shí)，物體做加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)加速度與速度方向相反時(shí)，物體做減速運(yùn)動(dòng)。加速度大表示速度變化快，并不意味著速度大，例如，剛起步的汽車加速度較大，但速度較??；高速勻速飛行的飛機(jī)加速度為0，但速度很大。1.3勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律勻變速直線運(yùn)動(dòng)是指物體沿著一條直線運(yùn)動(dòng)，且加速度保持不變的運(yùn)動(dòng)。其速度與時(shí)間的關(guān)系為v=v?+at，其中v?為初速度，a為加速度，t為時(shí)間。位移與時(shí)間的關(guān)系為x=v?t+1/2at2。速度與位移的關(guān)系為v2-v?2=2ax。在勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，平均速度還有另一種表達(dá)式：v?=(v?+v)/2，即某段時(shí)間內(nèi)的平均速度等于這段時(shí)間初速度與末速度的算術(shù)平均值，也等于這段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度。自由落體運(yùn)動(dòng)是勻變速直線運(yùn)動(dòng)的一個(gè)特例，物體只在重力作用下從靜止開始下落的運(yùn)動(dòng)。其加速度為重力加速度g，方向豎直向下，在地球上不同位置，g的大小略有差異，通常取g=9.8m/s2。自由落體運(yùn)動(dòng)的速度公式為v=gt，位移公式為h=1/2gt2，速度與位移的關(guān)系為v2=2gh。二、相互作用2.1力的基本概念力是物體對(duì)物體的作用，不能脫離物體而單獨(dú)存在，有受力物體必有施力物體。力的作用效果有兩個(gè)：一是使物體發(fā)生形變，二是改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（即改變物體的速度）。力的三要素是大小、方向和作用點(diǎn)，力的大小用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量，單位是牛頓（N）。力是矢量，運(yùn)算遵循平行四邊形定則。力的分類按性質(zhì)可分為重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力等；按效果可分為拉力、壓力、支持力、動(dòng)力、阻力等。2.2重力重力是由于地球的吸引而使物體受到的力，其大小G=mg，方向豎直向下。重力的作用點(diǎn)稱為重心，質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體，其重心在幾何中心上。例如，均勻球體的重心在球心，均勻直棒的重心在棒的中點(diǎn)。重心的位置不一定在物體上，如圓環(huán)的重心在環(huán)心處。2.3彈力彈力是指發(fā)生彈性形變的物體，由于要恢復(fù)原狀，對(duì)與它接觸的物體產(chǎn)生的力。彈力產(chǎn)生的條件是：兩物體相互接觸且發(fā)生彈性形變。彈力的方向與物體形變的方向相反，常見的彈力有壓力、支持力、拉力等。壓力和支持力的方向垂直于接觸面指向被壓或被支持的物體；繩子的拉力方向沿著繩子指向繩子收縮的方向。胡克定律：彈簧發(fā)生彈性形變時(shí)，彈力的大小F跟彈簧伸長（或縮短）的長度x成正比，即F=kx，其中k為彈簧的勁度系數(shù)，單位是N/m，其大小由彈簧本身的材料、粗細(xì)、長度等因素決定。2.4摩擦力摩擦力分為靜摩擦力、滑動(dòng)摩擦力和滾動(dòng)摩擦力。靜摩擦力是指兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力。靜摩擦力的方向與相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反，大小隨外力的變化而變化，取值范圍為0<F靜≤Fmax，其中Fmax為最大靜摩擦力?；瑒?dòng)摩擦力是指當(dāng)兩個(gè)物體之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，在接觸面上產(chǎn)生的阻礙相對(duì)滑動(dòng)的力。滑動(dòng)摩擦力的方向與相對(duì)滑動(dòng)的方向相反，大小Ff=μFN，其中μ為動(dòng)摩擦因數(shù)，與接觸面的材料和粗糙程度有關(guān)，F(xiàn)N為接觸面間的正壓力。滾動(dòng)摩擦力是指一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面上滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力，滾動(dòng)摩擦力比滑動(dòng)摩擦力小得多。2.5力的合成與分解力的合成是指求幾個(gè)力的合力的過程。當(dāng)兩個(gè)力F?和F?作用在同一點(diǎn)，且夾角為θ時(shí)，根據(jù)平行四邊形定則，合力F的大小為F=√(F?2+F?2+2F?F?cosθ)，方向由F?和F?的方向及大小決定。當(dāng)兩個(gè)力方向相同時(shí)，合力最大，F(xiàn)=F?+F?；當(dāng)兩個(gè)力方向相反時(shí)，合力最小，F(xiàn)=|F?-F?|。力的分解是力的合成的逆運(yùn)算，同樣遵循平行四邊形定則。通常根據(jù)力的作用效果進(jìn)行分解，例如，將斜面上物體所受的重力分解為沿斜面方向的分力和垂直于斜面方向的分力，這兩個(gè)分力分別使物體有沿斜面下滑的趨勢(shì)和壓緊斜面。三、牛頓運(yùn)動(dòng)定律3.1牛頓第一定律牛頓第一定律（慣性定律）：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。該定律揭示了力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，而不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因。慣性是物體保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì)，是物體的固有屬性，一切物體都有慣性，慣性的大小只與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，慣性越大，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、是否受力等因素?zé)o關(guān)。3.2牛頓第二定律牛頓第二定律：物體的加速度a跟物體所受的合外力F成正比，跟物體的質(zhì)量m成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同，即F=ma。該定律揭示了力、質(zhì)量和加速度之間的定量關(guān)系，是解決動(dòng)力學(xué)問題的核心定律。在應(yīng)用牛頓第二定律時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：①矢量性：合外力的方向與加速度的方向始終相同；②瞬時(shí)性：加速度與合外力具有瞬時(shí)對(duì)應(yīng)關(guān)系，合外力變化，加速度立即變化；③獨(dú)立性：物體受到多個(gè)力作用時(shí)，每個(gè)力都獨(dú)立地產(chǎn)生一個(gè)加速度，物體的合加速度是這些加速度的矢量和。3.3牛頓第三定律牛頓第三定律：兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。作用力和反作用力具有以下特點(diǎn)：①大小相等、方向相反、作用在同一直線上；②同時(shí)產(chǎn)生、同時(shí)變化、同時(shí)消失；③作用在兩個(gè)不同的物體上；④性質(zhì)相同，例如，作用力是彈力，反作用力也是彈力。需要注意的是，作用力和反作用力與一對(duì)平衡力是有區(qū)別的，一對(duì)平衡力作用在同一個(gè)物體上，而作用力和反作用力作用在兩個(gè)不同的物體上。3.4牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題的一般步驟：①確定研究對(duì)象；②對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，畫出受力示意圖；③建立坐標(biāo)系，根據(jù)牛頓第二定律列出方程；④解方程，求出未知量；⑤對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和討論。例如，在水平面上用拉力F拉著質(zhì)量為m的物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，已知?jiǎng)幽Σ烈驍?shù)為μ，求加速度a。首先確定研究對(duì)象為物體，受力分析有重力mg、支持力FN、拉力F和滑動(dòng)摩擦力Ff。建立水平和豎直方向的坐標(biāo)系，豎直方向合力為0，F(xiàn)N=mg；水平方向根據(jù)牛頓第二定律F-Ff=ma，又Ff=μFN=μmg，聯(lián)立解得a=(F-μmg)/m。3.5超重與失重超重是指物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┐笥谖矬w所受重力的現(xiàn)象，此時(shí)物體具有向上的加速度，例如，電梯加速上升時(shí)，人處于超重狀態(tài)。失重是指物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ┬∮谖矬w所受重力的現(xiàn)象，此時(shí)物體具有向下的加速度，例如，電梯加速下降時(shí)，人處于失重狀態(tài)。當(dāng)物體的加速度向下且大小等于重力加速度g時(shí)，物體對(duì)支持物的壓力（或?qū)覓煳锏睦Γ?，這種狀態(tài)稱為完全失重，例如，自由下落的物體處于完全失重狀態(tài)。四、曲線運(yùn)動(dòng)4.1曲線運(yùn)動(dòng)的條件和特點(diǎn)物體做曲線運(yùn)動(dòng)的條件是：物體所受的合外力方向與速度方向不在同一條直線上。曲線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)：①速度方向時(shí)刻在變化，某一點(diǎn)的速度方向沿曲線在該點(diǎn)的切線方向；②曲線運(yùn)動(dòng)是變速運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗俣确较蛟谧兓?，所以一定有加速度，合外力一定不?。4.2運(yùn)動(dòng)的合成與分解一個(gè)物體同時(shí)參與幾個(gè)運(yùn)動(dòng)，那么這個(gè)物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)就叫做那幾個(gè)運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)，那幾個(gè)運(yùn)動(dòng)叫做這個(gè)實(shí)際運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的合成與分解包括位移、速度和加速度的合成與分解，都遵循平行四邊形定則。例如，小船在靜水中的速度為v?，水流速度為v?，當(dāng)小船船頭垂直河岸渡河時(shí)，小船的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是沿河岸方向的分運(yùn)動(dòng)（速度為v?）和垂直河岸方向的分運(yùn)動(dòng)（速度為v?）的合運(yùn)動(dòng)，合速度大小為√(v?2+v?2)，方向指向斜下游。4.3平拋運(yùn)動(dòng)平拋運(yùn)動(dòng)是指將物體以一定的初速度沿水平方向拋出，物體只在重力作用下的運(yùn)動(dòng)。平拋運(yùn)動(dòng)可以分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。水平方向：速度v?=v?，位移x=v?t。豎直方向：速度v?=gt，位移y=1/2gt2。平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是一條拋物線，任意時(shí)刻的速度大小v=√(v?2+v?2)=√(v?2+(gt)2)，速度方向與水平方向的夾角θ滿足tanθ=v?/v?=gt/v?。任意時(shí)刻的位移大小s=√(x2+y2)=√((v?t)2+(1/2gt2)2)，位移方向與水平方向的夾角α滿足tanα=y/x=(1/2gt2)/(v?t)=gt/(2v?)，可見tanθ=2tanα。4.4圓周運(yùn)動(dòng)勻速圓周運(yùn)動(dòng)是指物體沿著圓周運(yùn)動(dòng)，且線速度大小保持不變的運(yùn)動(dòng)。線速度v是描述物體沿圓周運(yùn)動(dòng)快慢的物理量，大小v=Δs/Δt，方向沿切線方向，單位是m/s。角速度ω是描述物體繞圓心轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的物理量，大小ω=Δθ/Δt，單位是rad/s，線速度與角速度的關(guān)系為v=ωr，其中r為圓周半徑。周期T是物體運(yùn)動(dòng)一周所用的時(shí)間，頻率f是單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的周數(shù)，T=1/f，且v=2πr/T=2πrf，ω=2π/T=2πf。向心加速度是描述線速度方向變化快慢的物理量，方向始終指向圓心，大小a?=v2/r=ω2r=4π2r/T2。向心力是使物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的合外力，方向始終指向圓心，大小F?=ma?=mv2/r=mω2r=4π2mr/T2。向心力是效果力，不是性質(zhì)力，它可以由某個(gè)力單獨(dú)提供，也可以由幾個(gè)力的合力提供，還可以由某個(gè)力的分力提供。例如，水平面上用繩子拉著小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由繩子的拉力提供；地球繞太陽做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，向心力由太陽對(duì)地球的萬有引力提供。在非勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，物體的速度大小和方向都在變化，合外力不指向圓心，此時(shí)合外力可以分解為沿半徑方向的向心力（改變速度方向）和沿切線方向的切向力（改變速度大?。?。五、實(shí)驗(yàn)探究5.1測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，紙帶上連續(xù)相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移之差是恒定的，即Δx=aT2，其中Δx為相鄰相等時(shí)間間隔內(nèi)的位移差，T為時(shí)間間隔，a為加速度。實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、低壓交流電源、小車、細(xì)繩、鉤碼、刻度尺、一端帶有滑輪的長木板。實(shí)驗(yàn)步驟：①把一端帶有滑輪的長木板平放在實(shí)驗(yàn)桌上，并使滑輪伸出桌面，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在長木板上沒有滑輪的一端，連接好電路；②把一條細(xì)繩拴在小車上，細(xì)繩跨過滑輪，下邊掛上合適的鉤碼，把紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并把紙帶的一端固定在小車的后面；③把小車停在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處，接通電源，放開小車，讓小車拖著紙帶運(yùn)動(dòng)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)；④換上新的紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次；⑤從三條紙帶中選擇一條比較理想的紙帶，舍掉開頭一些比較密集的點(diǎn)，在后邊便于測(cè)量的地方找一個(gè)開始點(diǎn)，標(biāo)記為0，然后依次選取計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、…，并測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離x?、x?、x?、…；⑥根據(jù)Δx=aT2，計(jì)算加速度a，例如，取連續(xù)的6個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T，則x?-x?=3a?T2，x?-x?=3a?T2，x?-x?=3a?T2，加速度a=(a?+a?+a?)/3。5.2探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)原理：控制變量法，當(dāng)研究加速度a與力F的關(guān)系時(shí)，保持物體質(zhì)量m不變；當(dāng)研究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系時(shí)，保持力F不變。通過改變鉤碼的質(zhì)量改變拉力F（當(dāng)鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，拉力F近似等于鉤碼重力），通過在小車上增減砝碼改變小車質(zhì)量m，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量小車的加速度a，分析數(shù)據(jù)得出a與F、a與m的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、低壓交流電源、小車、細(xì)繩、鉤碼、砝碼、刻度尺、一端帶有滑輪的長木板、天平。實(shí)驗(yàn)步驟：①用天平測(cè)出小車的質(zhì)量m；②按圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置，把長木板沒有滑輪的一端適當(dāng)墊高，平衡摩擦力（輕推小車，使小車能在長木板上勻速運(yùn)動(dòng)）；③把細(xì)繩一端拴在小車上，另一端跨過滑輪掛上鉤碼，接通電源，放開小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，取下紙帶，計(jì)算小車的加速度a；④保持小車質(zhì)量m不變，改變鉤碼的質(zhì)量，重復(fù)步驟③，多做幾次實(shí)驗(yàn)；⑤保持鉤碼質(zhì)量不變，在小車上增減砝碼改變小車質(zhì)量m，重復(fù)步驟③，多做幾次實(shí)驗(yàn)；⑥處理數(shù)據(jù)，分別畫出a-F圖像和a-1/m圖像，分析得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在質(zhì)量不變的情況下，加速度與合外力成正比；在合外力不變的情況下，加