是这样的,这是一个共射极的单极放大电路,其中R1是基极输入偏置电阻,作用是给三极管提供合适的静态输入偏置电压;R2是集电极输出电阻,作用有两个,一个给三极管集电极提供合适的静态输出电压,另一个是将放大的输入信号输出;C1是输入信号耦合电容,作用是将输入的动态信号与直流静态隔离开。该电路的工作原理要分直流(静态)和交流(动态)两种情况来分别分析,具体如下:
静态分析:
当未加输入信号时,该电路中三极管中的电流由5v直流电源来提供,通过输入电阻R1产生输入电流Ib,Ib进入三极管基极后经过发射结从发射极流出构成输入回路;输出回路则是直流电源5v通过集电极电阻R2流入集电极,再经过三极管内部集电结、基极、发射结从发射极流出构成输出回路。
在这里需要强调的就是,由于直流电流在三极管中恒定不变,因此是一个稳定的静态量,该量起到了稳定三极管输入输出电位的作用,因此具有稳定三极管静态工作参数的作用;而输入信号的则会不断变化,是交流连续变化的动态量,因此在三极管中同样会变化,且在三极管内部是静态量与动态量叠加的;且静态量与动态量的输入输出路径是不同的,需要注意。
动态分析:
当输入小信号通过输入耦合电容C1后,分两路走,一路从三极管基极流入经过发射结从发射极流出构成输入回路,一路经过电阻R1后再通过直流5v电源构成输入回路;被放大的输出信号也由两路构成,一路经过集电极输出电路R2后再通过直流5v电源构成输出回路; 另一路经过集电极,再经过三极管内部集电结、基极、发射结从发射极流出构成输出回路。
硬件基础与电路(第一章 电路模型及电路定律)
电路基础一般是指电工电路。
模电就是电子里面的模拟电路:处理模拟信号的电路。
数电就是电子里面的数字电路:处理数字信号的电路。
模拟信号:大小随时间连续变化,如
常见的正弦波信号。
数字信号:大小不随时间连续变化,如
脉冲信号。
电路基础知识
电路及的电路模型
电路定义:电路是指电流多通过的路径,也称回路或网路,是由电气设备和元器件按一定方式连接起来,以实现特定功能的电气装置。
电路的作用:
(1)电能的传输和转换。列如电力供电系统、照明设备、电动机等。主要利用电的能量,其电压、电流、功率相对较小,频率较高,也称为强电系统。
(2)信号的传递和处理。列如电话、扩音机电路用来传送和处理音频信号,万用表用来测试电压、其电压、电流和电阻,计算机的存储器用来存放数据和程序。主要用于处理电信号,其电压、电流、功能相对较小,频率较高,也称为弱电系统。
电气图及电路模型
定义:一个完整的电路是由电源(或信号源)、负载和中间环节(如开关、导线等)三个基本部分组成的。
(1)一个实际的电阻器在有电流流过的同时还会产生磁场,因而还兼有电感的性质。
(2)一个实际电源总有一点电阻,因而在使用时不可能总保持一定的电压。
(3)连接导体总有一点电阻,甚至还有电感。
用一个足以表征其主要性能的模型来表示。列如:
(1)灯泡的电感是极其微小的,把她看作一个理想的电阻元件是完全可以的。
(2)一个新的干电池,其内阻与灯泡的电阻相比可以忽略不计,把她看作一个电压恒定的理想电压源也是完全可以的。
(3)在连接导体很短的情况下,导体的电阻完全可以忽略不计,可看作理想导体。于是这个理想电阻元件就构成了灯泡的模型,理想电压源就构成了电池的模型,而理想导体则构成了连接导体的模型。
集总元件与集总假设
1电路研究的理想化假设
假定电路中的电磁现象可以分别研究,用“集总参数元件”(简称集总元件)来构成模型,每一种集总元件均只表现一种基本现象,且可以用数字方法精确定义。
2集总假设的适应条件
集总含义:元器件中的电场和磁场可以分隔,并分别加以表征和研究,即元器件中交织存在的电场和磁场之间不存在相互作用。但在实际上,若电场与磁场间存在相互作用时将产生电磁波, 这样电路中的一部分能量将通过辐射而损失掉。
集总假设的使用是有条件的,只有在辐射能量可以忽略不计的情况下才能采用集总假设,即当实际电路元件或部件的外形尺寸远比通过它的电磁波信号的波长小得多,可以忽略不计时,方可采用集总假设。
这种元件和部件称为集总元件,是抽象的理想元件模型,由集总元件构成的电路模型,称为集总电路。
电路变量
电路的电性能可以用一组表示为时间函数的变量拉低描述,最常用到的是电流、电压和电功率。各电量单位都采用国际单位制。
电流: 自然界中存在正、负两种电荷,在电源的作用下,电路中形成了电场,在电场力的作用下,处于电场内的电荷发生地定向移动,形成电流,习惯上把正电荷运动的方向规定为电流的方向。
电流的大小称为电流强度(简称电流),是指单位时间内通过导体横截面的电荷量,即:
i(t)= dq/dt
式中,电荷q的单位为库仑(C):时间t 的单位为秒(s):电流i的单位为安培(A)。除A外,常用的单位有毫安(mA),微安(uA),它们之间的换算关系如下:
1A = 103mA
1mA = 103uA
如果电流的大小和方向不随时间变化,这种电流称为恒定电流,简称直流,一般用大写字母I表示。
如果电流的大小和方向都随时间变化,则称为交变电流,简称交流,一般用小写字母i表示。
电压
u(t)=dW/dq
式中,dq为由a点转移到b点的正电荷量,单位为库仑(C);dW为转移过程中电场力对电荷dq所做的功,单位为焦耳(J);电压u(t)的单位为伏特(V)。
如果正电荷由a点转移到b点,电场力做了正功,则a点为高电位,即正极,b点为低电位,即负极;正电荷由a点转移到b点,电场做了负功,则a点为低电位,即负极,b点为高电位,即正极。
如果正电荷量及电路极性都随时间变化,则称为交变电压或交流电压,一般用小写字母u表示;若电压大小和方向都不变,称为直流(恒定)电压,一般用大写字母U表示。
参考方向
参考方向可以任意选定,在电路图中,电流的参考方向用箭头表示;电压的参考方向(也称参考极性)则在元件或电路的两端用“+”、“-”符号来表示,“+”号表示高电位端,“-”号表示低电位端;有时也用双下标表示,如uAB表示电压参考方向由A指向B。
如果电流或电压的实际方向(虚线箭头)与参考方向(实线箭头或“+”、“-”)一致,则用正值表示;如果两者相反,则为负值。
、在分析电路时,应先设定好合适的参考方向,在分析与 计算的过程中不再任意改变,最后由计算结果的正、负值来确定电流和电压的实际方向。
如果指定电流过某元件(或电路)的电流参考方向是从标以电压的正极性的一端指向负极性的一端,即两者的参考方向一致,则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向;当两者不一致时,称为非关联参考方向。
在分析计算电路时,对无源元件常取关联参考方向,对有源元件则常取非关联参考方向。
电功率
电功率表示电路或元件中消耗电能快慢的物理量,定义为电流在单位时间内所做的功,即
p(t)=dW/dt
当时间t的单位为秒(s),功W的单位为焦耳(J)时,功率p的单位为瓦特(W)。设定电流和电压为关联参考方向时,由式(1-2),有dW=u(t)dq,再结合式(1-1),有
、 p(t)= dW/dt=u(t)dq/dt=u(t)i(t)
此时把能量传输(流动)的方向称为功率的方向,若p(t)>0,表示此电路(或元件)吸收能量,此时的p(t)称为吸收功率;若p(t)<0,此电路(或元件)吸收能量,此时的p(t)称为发出功率。
对于p(t)=u(t)i(t),当设定电流和电压为非关联参考方向时,若p(t)>0,表示此电路(或元件)发出能量,此时的p(t)称为发出功率;若p(t)<0,此电路(或元件)吸收能量,此时的p(t)称为吸收功率。
根据能量守恒定律,对于一个完整的电路来说,在任一时刻各件吸收的电功率的总和应等于发出电功率的总和,或电功率的总和代数为零。
电能的单位是焦耳(J),在电力系统中,电能的单位通常用千瓦时(kwh)来表示,也称为度(电),它们之间的换算关系为
1度(电)=1kWh=36106 J
注意:实际的电气设备都有额定的电压、电流和功率限制,使用时不要超过规定的额定值,否则易使设备损坏。超过额定功率称为超载,低于额定功率称为欠载。
电路元件
实际的元件是用理想化的电路元件的组合来表示的。理想的电路元件有二端元件和多端元件之分,又有有源、无源的区别。本书所涉及的无源理想二端元件有电阻、电容和电感,无源理想多端元件有晶体管、运算放大器、变压器等;有源元件有理想电压源和理想电流源。
每一个理想电路元件的电压u或电流i,或者电压与电流之间的关系都有着确定的规定,例如电阻元件上的电压与电流关系为u = f(i)。这种规定充分地表征了此电路元件的特性,称为元件的约束。
电阻元件
电阻元件是从实际物体中抽象出来的理想模型,表示物体对电流的阻碍和将电能转化为热能的作用,如模拟灯泡、电热炉等电器。
电容元件
电容元件是一种表征电路元件储存电荷特性的理想元件,简称电容。
电感元件
电感元件的原始模型为绝缘导线(如漆包线、纱包线等)绕制而成的圆柱线圈。当线圈中通以电流i时,在线圈中就会产生磁通量,并储存能量。线圈中变化的电流和磁场可使线圈自身产生感应电压。磁通量与线圈的匝数的乘积称为磁通链,磁通链的单位是韦伯(wb)。
表征电感元件(简称电感)产生磁通、存储磁场能力的参数称为电感,用L表示。它在数值上等于单位电流产生的磁通链。即
L = Ψ/i
电感L也称自感系数,基本单位是亨利(H)。1H = 1Wb/A,常用的单位还有豪亨(mH)和微亨(μH),它们之间的换算关系如下:
1H = 103mH 1mH = 103μH
独立电压源
电源是一种把其他形式的能转换成电能的装置 。
独立源是从实际电源中抽象出来的一种电路模型,分为独立电源(也称为理想电压源,简称电压源)和独立电流源(也称为理想电流源,简称电流源)。电压源的电压或电流源的电流一定,不受外电路的控制而独立存在。
独立电流源
独立电流源也是一种电路模型。
电流源是一种能产生电流的装置。例如光电池在一定条件下,在一定照度的光线照射时被激发产生一定值的电流,该电流与照度成正比,该光电池可视为电流源。
受控源
受控源有称非独立源,也是一种理想电路元件,具有与独立源完全不同的特点。以受控制电压源为例,它的电压是受同一电路中其他支路的电压或电流控制的。
受控源原本是从电子器件中抽象而来的。
受控源分为四种形式:电压控制电压源、电流控制电流源、电压控制电流源和电流控制电流源。
基尔霍夫定律
电路的基本规律包含两方面的内容。一是将电路作为一个整体来看,二是电路的各个组成部分(电路元件)。
基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。
1支路
电路中只通过同一电流的每个分支称为支路,由一个或多个二端元件串联组成。流经支路的电流称为支路电流。
2节点
三条或三条以上支路的连接点称为节点。
3回路
电路中的任一闭合路径称为回路。
4网孔
在回路内部不另含有支路的回路称为网孔。
KCL
电荷守恒和电流连续性原理指出,在电路中任一点上,任何时刻都不会产生电荷的堆积和减少现象,由此可得基尔霍夫电流定律(KCL)。
对于任一集总电路中的任一节点,在任一时刻,流进该节点的所有支路电流和等于流出该节点的所有支路电流的和。
关于基尔霍夫电流定律的说明如下:
KCL定律适用于集总电路,表征电路中各个支路电流的约束关系,与元件特性无关。
使用KCL定律时,必须先设定各支路电流的参考方向,再依据参考方向列写方程。
可将KCL推广到电路中的任一闭合面或闭合曲线。
KVL
由于电路中任意一点的瞬时电位具有单值性,若沿着任一路径,回到原来的出发点时,该点的电位是不会变化的,因此可得基尔霍夫电压定律。
对于任一集总电路,在任一时刻,沿任一回路循环一周,该回路所有支路电压降的和等于所有支路电压升的和。
关于基尔霍夫电压定律(KVL)的说明如下:
KVL定律适用于集总电路,表征电路中各个支路电压的约束关系,与元件特性无关。
使用KVL定律时,必须先设定各支路电压的参考方向,再依据参考方向和选定的绕行方向列写方程。
由KVL定律时,任何两点间的电压与这两点间所经路径无关。
在电路分析中,当电路中有多个未知的支路电压和电流时,常要运用KVL,KCL定律列写多个方程,组成线性方程组求解。
电路电位的计算
电位也称为电势,是表示电场中某点所具有能量的物理量,用符号V表示。
什么是电位
在电路中,电位指某点到参考点间的电压,通常设参考点的电位为零,用图符“|”表示。
在不接地的电子设备中,常把多个元器件汇聚的公共点设为零电位,也称之为地。
计算电位的基本方法可归纳为如下几点。
(1)选定电路中某一点味参考点,设其电位为零。
(2)标出个电流参考方向及个元件两端电压的参考正、负极性。
(3)计算各点至参考点间的电压,即得到的各点的电位。
电路的简化
为了方便绘制电路图及简化计算过程,借助电位的概念,常采用简化电路图。
质点的运动 一、质点的运动(1)------直线运动
1)匀变速直线运动
1平均
速度V平=x/t(定义式)
2有用推论Vt^2-Vo^2=2ax
3中间时刻速度Vt/2=V平=(Vt+Vo)/2
4末速度Vt=Vo+at
5中间位置速度Vx/2=[(Vo^2+Vt^2)/2]^(1/2)
6位移x=V平t=Vot+1/2at^2=Vot+(Vt-Vo)/2t x=(Vt^2-Vo^2)/2a
7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)
8实验用推论Δs=aT^2 (Δs为连续相邻相等时间(T)内位移之差)
9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(x):米(m);路程:米;速度单位换算:1m/s=36km/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、参考系、时间与时刻〔见第一册P19〕/s--t图、v--t图/速度与速率、瞬时速度〔见第一册P24〕。
2)自由落体运动
1初速度Vo=0
2末速度Vt=gt
3下落高度h=gt^2/2(从Vo位置向下计算)
4推论Vt^2=2gh
注:
(1)自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,遵循匀变速直线运动规律;
(2)a=g=98m/s2≈10m/s2(重力加速度在赤道附近较小,在高山处比平地小,方向竖直向下)。
3)竖直上抛运动
1位移x=Vot-(gt^2)/2
2末速度Vt=Vo-gt (g=98m/s2≈10m/s2)
3有用推论Vt2-Vo2=-2gs
4上升最大高度Hmax=Vo^2/2g(从抛出点算起)
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:向上为匀减速直线运动,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。
4)竖直下抛运动
设初速度(即抛出速度)为Vo,因为a=g,取竖直向下的方向为正方向,则
Vt=Vo+gt
S=Vot+05gt^2
二、质点的运动(2)----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:x=Vot
4竖直方向位移:y=gt^2/2
5运动时间t=(2y/g)1/2(通常又表示为(2h/g)1/2)
6合速度Vt=根号(Vx^2+Vy^2)=根号[Vo^2+(gt)^2] (合速度方向与水平夹角β:tgβ=Vy/Vx=gt/V0 )
7合位移:s=根号(x^2+y^2) (位移方向与水平夹角α:tgα=y/x=gt/2Vo )
8水平方向加速度:ax=0;竖直方向加速度:ay=g
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(y)决定与水平抛出速度无关;
(3)θ与β的关系为tgβ=2tgα;
(4)在平抛运动中时间t是解题关键;(5)做曲线运动的物体必有加速度,当速度方向与所受合力(加速度)方向不在同一直线上时,物体做曲线运动。
2)匀速圆周运动
1线速度V=s/t=2πr/T
2角速度ω=Φ/t=2π/T=2πf =V/r
3向心加速度a=V2/r=ω2r=(2π/T)2r
4向心力F心=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=mωv=F合
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=2πn(此处频率与转速意义相同)
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)向心力可以由某个具体力提供,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,指向圆心;
(2)做匀速圆周运动的物体,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,向心力不做功,但动量不断改变。
3)万有引力
1开普勒第三定律:T2/R3=K(=4π2/GM){R:轨道半径,T:周期,K:常量(与行星质量无关,取决于中心天体的质量)}
2万有引力定律:F=G(m1m2)/r^2 (G=667×10-11N·m2/kg2,方向在它们的连线上)
3天体上的重力和重力加速度:GMm/R2=mg;g=GM/R2 {R:天体半径(m),M:天体质量(kg)}
4卫星绕行速度、角速度、周期:V=根号(GM/r);ω=根号(GM/r3);T=根号((4π^2r^3)/GM){M:中心天体质量}
5第一(二、三)宇宙速度V1=(g地r地)1/2=(GM/r地)1/2=79km/s;V2=112km/s;V3=167km/s
6地球同步卫星GMm/(r地+h)2=m4π2(r地+h)/T2{h≈36000km,h:距地球表面的高度,r地:地球的半径}
注:
(1)天体运动所需的向心力由万有引力提供,F向=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;
(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(一同三反);
(5)地球卫星的最大环绕速度和最小发射速度均为79km/s。
力
三、力(常见的力、力的合成与分解)
1)常见的力
1重力G=mg (方向竖直向下,g=98N/Kg≈10N/Kg,作用点在重心,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=μFN {与物体相对运动方向相反,μ:摩擦因数,FN:正压力(N)}
4静摩擦力0≤f静≤fm (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=667×10-11Nm2/kg2,方向在它们的连线上)
6静电力F=kQ1Q2/r2 (k=90×109Nm2/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)
10浮力F=ρgV(ρ为液体密度,V为排开液体的体积)
11液体压强P=ρgh(ρ为 液体密度,g=98N/Kg≈10N/Kg,h为测量点到液体自由面的深度)
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μFN,一般视为fm≈μFN;
(4)其它相关内容:静摩擦力(大小、方向)〔见第一册P7〕;
(5)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);
(6)安培力与洛仑兹力方向均用左手定则判定。
2)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(余弦定理) 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,化简为代数运算。
四、动力学(运动和力)
1牛顿第一定律(惯性定律):物体具有惯性,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
2牛顿第二运动定律:F合=ma或a=F合/ma{由合外力决定,与合外力方向一致}
3牛顿第三运动定律:F=-F′{负号表示方向相反,F、F′各自作用在对方,平衡力与作用力反作用力区别,实际应用:反冲运动}
4共点力的平衡F合=0,推广 {正交分解法、三力汇交原理}
5超重:FN>G,失重:FN<G {加速度方向向下,均失重,加速度方向向上,均超重}
6牛顿运动定律的适用条件:适用于解决低速运动问题,适用于宏观物体,不适用于处理高速问题,不适用于微观粒子〔见第一册P57〕
注:平衡状态是指物体处于静止或匀速直线状态,或者是匀速转动。
振动和波
五、振动和波(机械振动与机械振动的传播)
1简谐振动F=-kx {F:回复力,k:比例系数,x:位移,负号表示F的方向与x始终反向}
2单摆周期T=2π√(l/g){l:摆长(m),g:当地重力加速度值,成立条件:摆角θ<100;l>>r}
3受振动频率特点:f=f驱动力
4发生共振条件:f驱动力=f固,A=max,共振的防止和应用〔见第一册P175〕
5机械波、横波、纵波〔见第二册P2〕
6波速v=s/t=λf=λ/T{波传播过程中,一个周期向前传播一个波长;波速大小由介质本身所决定}
7声波的波速(在空气中)0℃:332m/s;20℃:344m/s;30℃:349m/s;(声波是纵波)
8波发生明显衍射(波绕过障碍物或孔继续传播)条件:障碍物或孔的尺寸比波长小,或者相差不大
9波的干涉条件:两列波频率相同(相差恒定、振幅相近、振动方向相同)
10多普勒效应:由于波源与观测者间的相互运动,导致波源发射频率与接收频率不同{相互接近,接收频率增大,反之,减小〔见第二册P21〕}
注:
(1)物体的固有频率与振幅、驱动力频率无关,取决于振动系统本身;
(2)加强区是波峰与波峰或波谷与波谷相遇处,减弱区则是波峰与波谷相遇处;
(3)波只是传播了振动,介质本身不随波发生迁移,是传递能量的一种方式;
(4)干涉与衍射是波特有的;
(5)振动图象与波动图象;
(6)其它相关内容:超声波及其应用〔见第二册P62〕/振动中的能量转化〔见第一册P63〕。
冲量与动量
六、冲量与动量(物体的受力与动量的变化)
1动量:p=mv {p:动量(kgm/s),m:质量(kg),v:速度(m/s),方向与速度方向相同}
2冲量:I=Ft {I:冲量(N/s),F:恒力(N),t:力的作用时间(s),方向由F决定}
3动量定理:I=Δp或Ft=mvt–mvo {Δp:动量变化Δp=mvt–mvo,是矢量式}
4动量守恒定律:p前总=p后总或p=p'′也可以是m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
5弹性碰撞:Δp=0;ΔEk=0 {即系统的动量和动能均守恒}
6非弹性碰撞Δp=0;0<ΔEK<ΔEKm {ΔEK:损失的动能,EKm:损失的最大动能}
7完全非弹性碰撞Δp=0;ΔEK=ΔEKm {碰后连在一起成一整体}
8物体m1以v1初速度与静止的物体m2发生弹性正碰:
v1′=(m1-m2)v1/(m1+m2) v2′=2m1v1/(m1+m2)
9由8得的推论-----等质量弹性正碰时二者交换速度(动能守恒、动量守恒)
10子弹m水平速度vo射入静止置于水平光滑地面的长木块M,并嵌入其中一起运动时的机械能损失
E损=mvo2/2-(M+m)vt2/2=fs相对 {vt:共同速度,f:阻力,s相对子弹相对长木块的位移}
注:
(1)正碰又叫对心碰撞,速度方向在它们“中心”的连线上;
(2)以上表达式除动能外均为矢量运算,在一维情况下可取正方向化为代数运算;
(3)系统动量守恒的条件:合外力为零或系统不受外力,则系统动量守恒(碰撞问题、爆炸问题、反冲问题等);
(4)碰撞过程(时间极短,发生碰撞的物体构成的系统)视为动量守恒,原子核衰变时动量守恒;
(5)爆炸过程视为动量守恒,这时化学能转化为动能,动能增加;(6)其它相关内容:反冲运动、火箭、航天技术的发展和宇宙航行〔见第一册P128〕。
功和能
七、功和能(功是能量转化的量度)
1功:W=Fscosα(定义式){W:功(J),F:恒力(N),s:位移(m),α:F、s间的夹角}
2重力做功:Wab=mghab {m:物体的质量,g=98m/s2≈10m/s2,hab:a与b高度差(hab=ha-hb)}
3电场力做功:Wab=qUab {q:电量(C),Uab:a与b之间电势差(V)即Uab=φa-φb}
4电功:W=UIt(普适式) {U:电压(V),I:电流(A),t:通电时间(s)}
5功率:P=W/t(定义式) {P:功率[瓦(W)],W:t时间内所做的功(J),t:做功所用时间(s)}
6汽车牵引力的功率:P=Fv;P平=Fv平 {P:瞬时功率,P平:平均功率}
7汽车以恒定功率启动、以恒定加速度启动、汽车最大行驶速度(vmax=P额/f)
8电功率:P=UI(普适式) {U:电路电压(V),I:电路电流(A)}
9焦耳定律:Q=I^2Rt {Q:电热(J),I:电流强度(A),R:电阻值(Ω),t:通电时间(s)}
10纯电阻电路中I=U/R;P=UI=U^2/R=I^2R;Q=W=UIt=U^2t/R=I^2Rt
11动能:Ek=mv^2/2 {Ek:动能(J),m:物体质量(kg),v:物体瞬时速度(m/s)}
12重力势能:EP=mgh {EP :重力势能(J),g:重力加速度,h:竖直高度(m)(从零势能面起)}
13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)(从零势能面起)}
14动能定理(对物体做正功,物体的动能增加):
W合=mvt2/2-mvo2/2或W合=ΔEK
{W合:外力对物体做的总功,ΔEK:动能变化ΔEK=(mvt2/2-mvo2/2)}
15机械能守恒定律:ΔE=0或EK1+EP1=EK2+EP2也可以是mv1^2/2+mgh1=mv2^2/2+mgh2
16重力做功与重力势能的变化(重力做功等于物体重力势能增量的负值)WG=-ΔEP
注:
(1)功率大小表示做功快慢,做功多少表示能量转化多少;
(2)O0≤α<90O 做正功;90O<α≤180O做负功;α=90o不做功(力的方向与位移(速度)方向垂直时该力不做功);
(3)重力(弹力、电场力、分子力)做正功,则重力(弹性、电、分子)势能减少
(4)重力做功和电场力做功均与路径无关(见2、3两式);(5)机械能守恒成立条件:除重力(弹力)外其它力不做功,只是动能和势能之间的转化;(6)能的其它单位换算:1kWh(度)=36×106J,1eV=160×10-19J;(7)弹簧弹性势能E=kx2/2,与劲度系数和形变量有关。
分子动理论、能量守恒定律
八、分子动理论、能量守恒定律
1阿伏加德罗常数NA=602×1023/mol;分子直径数量级10-10米
2油膜法测分子直径d=V/s {V:单分子油膜的体积(m3),S:油膜表面积(m)2}
3分子动理论内容:物质是由大量分子组成的;大量分子做无规则的热运动;分子间存在相互作用力。
4分子间的引力和斥力(1)r<r0,f引<f斥,F分子力表现为斥力
(2)r=r0,f引=f斥,F分子力=0,E分子势能=Emin(最小值)
(3)r>r0,f引>f斥,F分子力表现为引力
(4)r>10r0,f引=f斥≈0,F分子力≈0,E分子势能≈0
5热力学第一定律W+Q=ΔU{(做功和热传递,这两种改变物体内能的方式,在效果上是等效的),
W:外界对物体做的正功(J),Q:物体吸收的热量(J),ΔU:增加的内能(J),涉及到第一类永动机不可造出〔见第二册P40〕}
6热力学第二定律
克氏表述:可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其它变化(热传导的方向性);
开氏表述:不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化(机械能与内能转化的方向性){涉及到第二类永动机不可造出〔见第二册P44〕}
7热力学第三定律:热力学零度不可达到{宇宙温度下限:-27315摄氏度(热力学零度)}
注:
(1)布朗粒子不是分子,布朗颗粒越小,布朗运动越明显,温度越高越剧烈;
(2)温度是分子平均动能的标志;
3)分子间的引力和斥力同时存在,随分子间距离的增大而减小,但斥力减小得比引力快;
(4)分子力做正功,分子势能减小,在r0处F引=F斥且分子势能最小;
(5)气体膨胀,外界对气体做负功W<0;温度升高,内能增大ΔU>0;吸收热量,Q>0
(6)物体的内能是指物体所有的分子动能和分子势能的总和,对于理想气体分子间作用力为零,分子势能为零;
(7)r0为分子处于平衡状态时,分子间的距离;
(8)其它相关内容:能的转化和定恒定律〔见第二册P41〕/能源的开发与利用、环保〔见第二册P47〕/物体的内能、分子的动能、分子势能〔见第二册P47〕。
气体的性质
九、气体的性质
1气体的状态参量:
温度:宏观上,物体的冷热程度;微观上,物体内部分子无规则运动的剧烈程度的标志,
热力学温度与摄氏温度关系:T=t+273k {T:热力学温度(K),t:摄氏温度(℃)}
体积V:气体分子所能占据的空间,单位换算:1m3=103L=106mL
压强p:单位面积上,大量气体分子频繁撞击器壁而产生持续、均匀的压力,标准大气压:1atm=1013×105Pa=76Hg(1Pa=1N/m2)
2气体分子运动的特点:分子间空隙大;除了碰撞的瞬间外,相互作用力微弱;分子运动速率很大
3理想气体的状态方程:p1V1/T1=p2V2/T2 {PV/T=恒量,T为热力学温度}
公式: F=PS S:受力面积,两物体接触的公共部分;单位:米2。
1个标准大气压=76厘米水银柱高=101×105帕=10336米水柱高
液面到液体某点的竖直高度。]
公式:P=ρgh h:单位:米; ρ:千克/米3; g=98牛/千克 (N/Kg)
2.阿基米德原理:浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力大小等于物体排开液体所受重力。
即F浮=G液排=ρ液gV排。 (V排表示物体排开液体的体积)
3.浮力计算公式:F浮=G-T=ρ液gV排=F上、下压力差
4.当物体漂浮时:F浮=G物 且 ρ物<ρ液 当物体悬浮时:F浮=G物 且 ρ物=ρ液
当物体上浮时:F浮>G物 且 ρ物<ρ液 当物体下沉时:F浮<G物 且 ρ物>ρ液
⒈杠杆平衡条件:F1l1=F2l2。力臂:从支点到力的作用线的垂直距离
通过调节杠杆两端螺母使杠杆处于水位置的目的:便于直接测定动力臂和阻力臂的长度。
定滑轮:相当于等臂杠杆,不能省力,但能改变用力的方向。
动滑轮:相当于动力臂是阻力臂2倍的杠杆,能省一半力,但不能改变用力方向。
⒉功:两个必要因素:①作用在物体上的力;②物体在力方向上通过距离。W=FS 功的单位:焦耳
3.功率:物体在单位时间里所做的功。表示物体做功的快慢的物理量,即功率大的物体做功快,功率小的做工慢。 公式W=Pt (P的单位:瓦特; W的单位:焦耳,符号J。 t的单位:秒,符号S 。)
4凸透镜成像规律 ⒋凸透镜成像规律:
物距u 像距v 像的性质 光路图 应用
u>2f f<v<2f 倒缩小实 照相机
f<u<2f v>2f 倒放大实 幻灯机
u<f 放大正虚 放大镜
⒌凸透镜成像实验:将蜡烛、凸透镜、光屏依次放在光具座上,使烛焰中心、凸透镜中心、光屏中心在同一个高度上。有这样一个顺口溜 可以将凸透镜成像规律记牢:“一焦分虚实,二焦分大小,虚像同侧正,实像异侧倒,物近像远像变大,物远像近像变小。”
物理必考公式(课改区的)
其他公式 g=98N/kg 部分考题取10N/kg
速度:v=s/t
密度:ρ=m/v
重力:G=mg
压强:p=F/s(液体压强公式不直接考)
浮力:F浮=G排=ρ液gV排
漂浮悬浮时:F浮=G物
杠杆平衡条件:F1×L1=F2×L2
功:W=FS 或W=Gh(克服重力)
功率:P=W/t=Fv
机械效率:η=W有用/W总=Gh/Fs=G/Fnccccswe(n为滑轮组的股数)
热量:Q=cm△t
热值:Q=mq
欧姆定律:I=U/R
焦耳定律:Q=(I^2)Rt=[(U^2)/R]t=UIt=Pt(后三个公式适用于纯电阻电路)
电功:W=UIt=Pt=(I^2)Rt=[(U^2)/R]t(后2个公式适用于纯电阻电路)
电功率:P=UI=W/t=(I^2)R=(U^2)/R
V排÷V物=ρ物÷ρ液(F浮=G物)
V露÷V排=ρ液-ρ物÷ρ物
V露÷V物=ρ液-ρ物÷ρ液
此上只是一些公式,可能对你有用,看看吧。