最新高中物理竞赛讲义(完整版).doc

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最新高中物理竞赛讲义（完整版）

最新高中物理竞赛讲义

（完整版）

目录

最新高中物理竞赛讲义（完整版） 1

第0部分绪言 3

一、高中物理奥赛概况 3

二、知识体系 3

第一部分力＆物体的平衡 4

第一讲力的处理 4

第二讲物体的平衡 6

第三讲习题课 7

第四讲摩擦角及其它 10

第二部分牛顿运动定律 13

第一讲牛顿三定律 13

第二讲牛顿定律的应用 14

第二讲配套例题选讲 22

第三部分运动学 22

第一讲　基本知识介绍 22

第二讲运动的合成与分解、相对运动 24

第四部分曲线运动万有引力 26

第一讲基本知识介绍 26

第二讲重要模型与专题 27

第三讲典型例题解析 36

第五部分动量和能量 36

第一讲基本知识介绍 36

第二讲重要模型与专题 38

第三讲典型例题解析 50

第六部分振动和波 51

第一讲基本知识介绍 51

第二讲重要模型与专题 55

第三讲典型例题解析 63

第七部分热学 64

一、分子动理论 64

二、热现象和基本热力学定律 66

三、理想气体 68

四、相变 74

五、固体和液体 78

第八部分静电场 79

第一讲基本知识介绍 79

第二讲重要模型与专题 82

第九部分稳恒电流 92

第一讲基本知识介绍 92

第二讲重要模型和专题 96

第十部分磁场 105

第一讲基本知识介绍 105

第二讲典型例题解析 109

第十一部分电磁感应 115

第一讲、基本定律 115

第二讲感生电动势 118

第三讲自感、互感及其它 122

第十二部分量子论 125

第一节黑体辐射 125

第二节光电效应 128

第三节波粒二象性 134

第四节测不准关系 137

第0部分绪言

一、高中物理奥赛概况

1、国际（InternationalPhysicsOlympiad简称IPhO）

①1967年第一届，（波兰）华沙，只有五国参加。

②几乎每年一届，参赛国逐年增加，每国代表不超过5人。

③中国参赛始于1986年的第十七届，此后未间断，成绩一直辉煌。

④1994年第二十五届，首次在中国（北京）承办。

⑤考试内容：

笔试和试验各5小时，分两天进行，满分各为30分和20分。

成绩最佳者记100%，积分在90%以上者获金奖，78%~89者获银奖，65~77%者获铜奖。

2、国家（ChinesePhysicsOlympiad简称CPhO）

①1984年以前，中学物理竞赛经常举行，但被冠以各种名称，无论是组织，还是考纲、知识体系都谈不上规范。

②1984年开始第一届CPhO，此后每学年举办一届。

③初赛：

每年九月第一个星期天考试。

全国命题，各市、县组考，市统一阅卷，选前30名（左右）参加（全省）复赛。

复赛：

九月下旬考试。

全省命题，各省组织。

理论考试前20名参加试验考试，取理论、试验考试总分前10名者参加省集训队。

集训队成员经短期培训后推荐3~7名参加（全国）决赛。

决赛：

全国统一组织。

按成绩挑选15~25名参加国家集训队，到有关大学强化训练，最后从中选拔5名优秀队员参加IPhO。

④满分140分。

除初赛外，均含理论和试验两部分（试验满分60分）。

3、湖南省奥赛简况

①至1998年，湖南选手获CPhO决赛一等奖29人次，占全国的18.24%；在IPhO中获金牌5枚、银牌2枚、铜牌2枚，居各省之首。

②题型与风格：

初赛第十一届（1992年）开始统一，只有天空和计算。

复赛第十三届（1994年）开始统一，只有计算题六个，考试时量均为3小时。

二、知识体系

1、高中物理的三档要求：

一般要求（会考）→高考要求→竞赛要求。

竞赛知识的特点：

①初赛——对高中物理基础融会贯通，更注重物理方法的运用；②复赛——知识点更多，对数学工具的运用更深入。

2、教法贯彻

①高一：

针对“高考要求”，进度尽量超前高一新课，知识点只做有限添加。

目标瞄准初赛过关。

②高二：

针对“竞赛要求”，瞄准复赛难度。

高二知识一步到位，高一知识做短暂的回顾与加深。

③复赛对象在约15天的时间内模拟考试，进行考法训练。

3、教材范本：

龚霞玲主编《奥林匹克物理思维训练教材》，知识出版社，2002年8月第一版。

推荐典型参考书目——

①孙尚礼毛瑾主编《高中物理奥林匹克基础知识及题解》（上、下册），科学技术出版社，1994年10月第一版；

②张大同主编《通向金牌之路》，陕西师范大学出版社（版本逐年更新）；

③湖南省奥林匹克竞赛委员会物理分会编《物理奥林匹克竞赛教程》，湖南师范大学出版社，1993年6月第一版；

④湖南省奥林匹克委员会物理分会、湖南省物理奥林匹克培训基地编《新编物理奥林匹克教程》，湖南师范大学出版社，1999年5月第一版；

⑤舒幼生主编《奥林匹克物理》（分1、2、3…多册出版），湖南教育出版社，第一册1993年8月第一版。

第一部分力＆物体的平衡

第一讲力的处理

一、矢量的运算

1、加法

表达：

+=。

名词：

为“和矢量”。

法则：

平行四边形法则。

如图1所示。

和矢量大小：

c=，其中α为和的夹角。

和矢量方向：

在、之间，和夹角β=arcsin

2、减法

表达：

=－。

名词：

为“被减数矢量”，为“减数矢量”，为“差矢量”。

法则：

三角形法则。

如图2所示。

将被减数矢量和减数矢量的起始端平移到一点，然后连接两时量末端，指向被减数时量的时量，即是差矢量。

差矢量大小：

a=，其中θ为和的夹角。

差矢量的方向可以用正弦定理求得。

一条直线上的矢量运算是平行四边形和三角形法则的特例。

例题：

已知质点做匀速率圆周运动，半径为R，周期为T，求它在T内和在T内的平均加速度大小。

解说：

如图3所示，A到B点对应T的过程，A到C点对应T的过程。

这三点的速度矢量分别设为、和。

根据加速度的定义=得：

=，=

由于有两处涉及矢量减法，设两个差矢量=－，=－，根据三角形法则，它们在图3中的大小、方向已绘出（的“三角形”已被拉伸成一条直线）。

本题只关心各矢量的大小，显然：

===，且：

==，=2=

所以：

===，===。

（学生活动）观察与思考：

这两个加速度是否相等，匀速率圆周运动是不是匀变速运动？

答：

否；不是。

3、乘法

矢量的乘法有两种：

叉乘和点乘，和代数的乘法有着质的不同。

⑴叉乘

表达：

×=

名词：

称“矢量的叉积”，它是一个新的矢量。

叉积的大小：

c=absinα，其中α为和的夹角。

意义：

的大小对应由和作成的平行四边形的面积。

叉积的方向：

垂直和确定的平面，并由右手螺旋定则确定方向，如图4所示。

显然，×≠×，但有：

×=－×

⑵点乘

表达：

·=c

名词：

c称“矢量的点积”，它不再是一个矢量，而是一个标量。

点积的大小：

c=abcosα，其中α为和的夹角。

二、共点力的合成

1、平行四边形法则与矢量表达式

2、一般平行四边形的合力与分力的求法

余弦定理（或分割成RtΔ）解合力的大小

正弦定理解方向

三、力的分解

1、按效果分解

2、按需要——正交分解

第二讲物体的平衡

一、共点力平衡

1、特征：

质心无加速度。

2、条件：

Σ=0，或=0，=0

例题：

如图5所示，长为L、粗细不均匀的横杆被两根轻绳水平悬挂，绳子与水平方向的夹角在图上已标示，求横杆的重心位置。

解说：

直接用三力共点的知识解题，几何关系比较简单。

答案：

距棒的左端L/4处。

（学生活动）思考：

放在斜面上的均质长方体，按实际情况分析受力，斜面的支持力会通过长方体的重心吗？

解：

将各处的支持力归纳成一个N，则长方体受三个力（G、f、N）必共点，由此推知，N不可能通过长方体的重心。

正确受力情形如图6所示（通常的受力图是将受力物体看成一个点，这时，N就过重心了）。

答：

不会。

二、转动平衡

1、特征：

物体无转动加速度。

2、条件：

Σ=0，或ΣM+=ΣM-

如果物体静止，肯定会同时满足两种平衡，因此用两种思路均可解题。

3、非共点力的合成

大小和方向：

遵从一条直线矢量合成法则。

作用点：

先假定一个等效作用点，然后让所有的平行力对这个作用点的和力矩为零。

第三讲习题课

1、如图7所示，在固定的、倾角为α斜面上，有一块可以转动的夹板（β不定），夹板和斜面夹着一个质量为m的光滑均质球体，试求：

β取何值时，夹板对球的弹力最小。

解说：

法一，平行四边形动态处理。

对球体进行受力分析，然后对平行四边形中的矢量G和N1进行平移，使它们构成一个三角形，如图8的左图和中图所示。

由于G的大小和方向均不变，而N1的方向不可变，当β增大导致N2的方向改变时，N2的变化和N1的方向变化如图8的右图所示。

显然，随着β增大，N1单调减小，而N2的大小先减小后增大，当N2垂直N1时，N2取极小值，且N2min=Gsinα。

法二，函数法。

看图8的中间图，对这个三角形用正弦定理，有：

=，即：

N2=，β在0到180°之间取值，N2的极值讨论是很容易的。

答案：

当β=90°时，甲板的弹力最小。

2、把一个重为G的物体用一个水平推力F压在竖直的足够高的墙壁上，F随时间t的变化规律如图9所示，则在t=0开始物体所受的摩擦力f的变化图线是图10中的哪一个？

解说：

静力学旨在解决静态问题和准静态过程的问题，但本题是一个例外。

物体在竖直方向的运动先加速后减速，平衡方程不再适用。

如何避开牛顿第二定律，是本题授课时的难点。

静力学的知识，本题在于区分两种摩擦的不同判据。

水平方向合力为零，得：

支持力N持续增大。

物体在运动时，滑动摩擦力f=μN，必持续增大。

但物体在静止后静摩擦力f′≡G，与N没有关系。

对运动过程加以分析，物体必有加速和减速两个过程。

据物理常识，加速时，f＜G，而在减速时f＞G。

答案：

B。

3、如图11所示，一个重量为G的小球套在竖直放置的、半径为R的光滑大环上，另一轻质弹簧的劲度系数为k，自由长度为L（L＜2R），一端固定在大圆环的顶点A，另一端与小球相连。

环静止平衡时位于大环上的B点。

试求弹簧与竖直方向的夹角θ。

解说：

平行四边形的三个矢量总是可以平移到一个三角形中去讨论，解三角形的典型思路有三种：

①分割成直角三角形（或本来就是直角三角形）；②利用正、余弦定理；③利用力学矢量三角形和某空间位置三角形相似。

本题旨在贯彻第三种思路。

分析小球受力→矢量平移，如图12所示，其中F表示弹簧弹力，N表示大环的支持力。

（学生活动）思考：

支持力N可不可以沿图12中的反方向？

（正交分解看水平方向平衡——不可以。

）

容易判断，图中的灰色矢量三角形和空间位置三角形ΔAOB是相似的，所以：

⑴

由胡克定律：

F=k（-R）⑵

几何关系：

=2Rcosθ⑶

解以上三式即可。

答案：

arccos。

（学生活动）思考：

若将弹簧换成劲度系数k′较大的弹簧，其它条件不变，则弹簧弹力怎么变？

环的支持力怎么变？

答：

变小；不变。

（学生活动）反馈练习：

光滑半球固定在水平面上，球心O的正上方有一定滑轮，一根轻绳跨过滑轮将一小球从图13所示的A位置开始缓慢拉至B位置。

试判断：

在此过程中，绳子的拉力T和球面支持力N怎样