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高中物理竞赛第一分册 Chapter One
- 2024 -
08/22
09:58
零号员工
发表时间:2024.08.22     作者:Jingyi     来源:ShoelessCai     阅读:155

高中物理竞赛第一分册 Chapter One

之前的承诺,那么略微放一些我们的工作。为什么要干这部分工作呢?一是为了活络自己脑袋,二是遇到困难不能退缩。再试试其他方法,无论未来做什么工作!

因为之前没失败过,不知道一件事干不成的时候,应该做什么调整,学习计算机原因也简单,一直想自己做点事情,那么没技术合伙人的时候怎么办呢?到处求人嘛?也不合适,是吧?毕竟我们中国人,中国人动手能力还是很强。Thankfully,现在还有一些工程能力,可以自己搭建一些平台。边实践,边考试吧!

为了更好地理解电子器件和计算机,略微复习了物理。因为年岁长,直接看竞赛题了,自觉可以稍微快一些。

题目我还没编写成文字版,先上音频版本。

2024.8.18



2024.8.22









第一章 质点的运动

一、运动的基本概念

1.参考系、坐标系

自然界一切物体都处于永恒的运动中,要描述一个物体的运动,必须选定某个其他物体做参考,被用作参考的物体称为“参考系”。

注意,参考系可以任意选择。

2.位矢、位移

(1)位矢

质点在某个时刻的位置,表示如下。



其中,x=x(t),y=y(t),z=z(t)。

轨迹方程:

f(x,y,z)=0

(2)位移

注意,位移地点1,指向地点2的向量的模长,即是直线距离。要和路程这个概念加以区分。

(3)路程

路程,地点1到达地点2的距离,如果是曲线的话,曲线长度要全部计算。



3.速度和加速度

(1)速度

注意,速度是有方向的,通常的速度,指的是瞬时速度,方向是沿着轨迹方向的切线方向。

某段时间内的平均速度这样表示



通常,我们中小学学习的速度表达方式,即平均速度。

关于图像

位置时间图,某点切线的斜率,等于该时刻瞬时速度。然而,两个点之间的斜率,称为平均速度。

(2)速率

速率是没有方向的,计算的时候,如果有路程是解析表达式,对 t 求导数,即为瞬时速率。

直接用路程除以时间,即为平均速率。

(3)加速度

加速度是有方向,因为是 v 对 t 求导,因此某时刻加速度的方向,即为速度方向。



二、直线运动

1.匀速直线运动



2.匀变速直线运动





以下是速度和位移的关系,以及平均速度:





特别地,自由落体运动:



3.运动合成与分解

第一,质点可以看成是由几个独立的运动叠加而成的,即“运动的独立性原理”,或者称为“运动的叠加原理”。

第二,从两个角度理解。一是时间的同一性,每个时刻都有合运动的速度,二是,如何分解要按照实际情况。举个例子,如果一个人水平面夹角 30 度牵引船,此时,将船前行的速度,分解成沿着绳子的方向,和垂直于绳子的方向。



第三,位移、加速度、速度可以如此分解。



三、曲线运动

1.平抛运动

平抛运动,初速度是水平的,轨迹是抛物线,计算的时候,质点坐标如图所示。



2.斜抛运动

初速度与水平方向呈现一定的夹角,之后只有重力作用,因此称为“斜抛运动”。

初速度与水平防线呈现夹角 α,则将速度分为 v*cos(α) 和 v*sin(α),分别为水平方向初速度,以及竖直方向上的初速度。换言之,这类运动分解为,水平方向上的匀速直线运动,以及竖直方向上的竖直上抛运动。

轨迹方程的解法,即消除坐标 x(t) y(t) 中的参数 t,得到如下方程:





关于“斜抛物体”几个物理量:飞行时间、射高、射程。



3.圆周运动

(a) 角速度和线速度

角速度,即位矢转过的角度对时间求微分。



角速度和周期的关系。



线速度的定义,以及和角速度的关系。



(b) 角加速度和线加速度

角加速度,直觉理解就是,角度在扫过的时候,速度增加,并且增加的“角度增量”相对时间恒定。



线加速度,方向和线速度一样,可以分解为“向心加速度”和“切向加速度”。针对“切向加速度”,加速圆周运动,则“切向加速度”为正;减速圆周运动,则“切向加速度”为负。





4.一般曲线运动

某点 P 的曲率圆,对应的曲率半径 r 和曲率 k。注意,曲率 k = 1/r。

例题





这道题最妙的点在于,岸上走路速度 v1 和水里游泳 v2 成两倍关系,因此负向倾角选择 30度,作延长线。因为 sin(30度) = 1/2。然后只要求出点到直线的最短距离 HB。由于时间是一样的,因此有

|AB|/v = |HB|/v2

代入数据就可以求出船速 v。

注意,本题目一共有 8 种解法,感兴趣的伙伴可以购书看。点击购买

方法二:(1)先证明,时间最短的路线,是呈现 60 度时候,进入水里游泳。(2)没太看懂。沿着河岸的速度 v1,这个速度是水里船的速度的 v 的 sqrt(2) 倍速。

用到正弦定理:



方法三:

(1)正弦定理,得到等式

(2)sin(theta + β) = 2 * sin(theta - α)

其中,α固定,theta 尽量大,得出 theta = 45 度,于是 v = sqrt(2) * v2

方法四:将水中的路程,映射到路上,呈现一直线。基本做法,以变换介质的点为圆心,作圆。这个方法难点,是确定边界,人在什么点,就再也追不上船了,这个边界确定之后,就能用正弦定理,确定最大速度。





方法五 - 八,大家看教材。

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先睹为快。

第二章 物体的平衡

一、力学中的三种常见的力

1.重力
2.弹力
3.摩擦力

二、物体的平衡

1.平衡条件
2.虚功原理(新)

三、流体力学(新)

1.静止的流体内压强
2.流体的运动
3.浮力



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