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部分0简介3一、高中物理奥林匹克竞赛概述3二、 知识体系 3 第一部分 力与物平衡 4 讲一 力的处理 4 讲二 物平衡 6 讲三 练习 7 讲四 摩擦角及其他 10 第二部分 牛顿运动定律 13 讲一 牛顿三大定律 13 讲二 牛顿定律的应用 14 讲二 例题 22 第三部分 运动学 22 讲一 基础知识介绍 22 讲二 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 讲一 基础知识介绍 26 讲二 重要模型与专题 27 讲三 典型例题分析 36 第五部分 动量与能量 36 讲一 基础知识介绍 36 讲二 重要模型与专题 38 讲三 典型例题分析 50 第六部分 振动与波51 讲义 1 基础知识介绍 51 讲义 2 重要模型与专题 55 讲义 3 典型例题分析 63 第七部分 热力学 64 一. 分子运动论 64 二. 热现象和热力学基本定律 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 讲座 1 基础知识介绍 79 讲座 2 重要模型及专题 82 第九部分 恒定电流 92 讲座 1 基础知识介绍 92 讲座 2 重要模型及专题 96 第十部分 磁场 105 讲座 1 基础知识介绍 105 讲座 2 典型算例分析 109 第十一部分 电磁感应 115 讲座 1 基本定律 115 讲座 2 感生电动势 118 讲座 3 自感、互感及其他 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 不确定性关系 137
零部分引言一、高中物理奥林匹克概述1、国际（简称IPhO）①第一届于1967年在华沙（波兰）举行，只有5个国家参加。②几乎每年都参加，参赛国家逐年增多，每个国家代表不超过5人。③我国于1986年第17届开始参加，以后就没有停止过，成绩辉煌。④第25届于1994年首次在中国（北京）举行。⑤考试内容：笔试和考试各5小时，分为两天，满分分别为30分和20分。最好成绩为100%，成绩在90%以上者将获金牌，78%~89%者将获银牌，65%~77%者将获铜牌。 2.全国性（简称CPhO） ①1984年以前，高中物理竞赛经常举行，但名称各异，在组织机构、考试大纲、知识体系等方面均无标准化。 ②第一届CPhO始于1984年，以后每学年举办一届。 ③初赛：每年9月第一个星期日。全国性出题，各市县组织考试。由市统一阅卷，选拔前30名（左右）参加（省级）复赛。复赛：考试时间为9月下旬。省级出题，各省组织。理论考试前20名参加测试考试，理论和测试考试总成绩前10名参加省级集训队。 集训队经过短期集训，推荐3至7名队员参加（全国）决赛。决赛：全国统一组织，根据成绩评选15至25人参加国家集训队，前往相关高校进行集中集训，最终选拔5名优秀队员参加IPhO。
④满分140分。除初赛外，所有比赛均有理论和实验（实验满分为60分）。 三、湖南省物理奥林匹克简介 ①至1998年，湖南选手在CPhO决赛中获一等奖29人，占全国的18.24%；IPhO获金牌5枚、银牌2枚、铜牌2枚，居各省之首。 ②题型与体例：初赛从第十一届（1992年）开始统一，只有天空和计算。复赛从第十三届（1994年）开始统一，只有六道计算题，考试时间为3小时。 二、知识体系 1.高中物理三个层次的要求：通用要求（考试）→高考要求→竞赛要求。 竞赛知识特点： ①初赛——对高中物理基础知识理解透彻，更注重物理方法的应用； ②复赛——知识点更多，对数学工具的应用更深。 2.教学方法实施 ①一年级：针对“高考要求”，进度要超前于一年级新课程，只增加有限的知识点，以通过初赛为目标。 ②二年级：针对“竞赛要求”，瞄准复赛难度贝语网校，二年级知识要一气呵成，对一年级知识进行简要复习和深化。 ③复赛科目15天左右模拟考试，进行考核方法训练。 3.教材样本：《奥林匹克物理思维训练教材》龚夏玲主编，知识出版社，2002年8月第一版。推荐典型参考书：①《高中物理奥林匹克基础知识与解答》（上、下册），孙尚立、毛进主编，科学技术出版社，1994年10月第一版；②《金牌之路》，张大同主编，陕西师范大学出版社（每年更新版本）；③《物理奥林匹克竞赛教程》，湖南省奥林匹克竞赛委员会物理分会主编，湖南师范大学出版社，1993年6月第一版；④《新编物理奥林匹克教程》，湖南省奥林匹克委员会物理分会、湖南物理奥林匹克训练基地主编，湖南师范大学出版社，1999年5月第一版； ⑤《奥林匹克物理》（出版1、2、3……多卷），舒有生主编，湖南教育出版社，第1卷，1993年8月第一版。
第一部分 力与物体的平衡 第一讲 力的处理 一、向量的运算 1、加法表达式：+=。名词：“和向量”。定律：平行四边形定律。如图1所示。 和向量大小：c=，其中α为与的夹角。 和向量方向：之间，其中与的夹角β=，减法表达式：=-。名词：“被减数向量”、“减数向量”、“差向量”。定律：三角定律。如图2所示。 将被减数向量和减数向量的起始端平移到一点，然后连接两个时间量的端点，指向被减数时间量的时间量就是差向量。 差向量大小：a=，其中θ为与的夹角。差向量的方向可以利用正弦定理求得。 直线上的向量运算是平行四边形定律和三角定律的特例。 例：已知一质点做半径为R、周期为T的匀速圆周运动，求它在T时间内和T时间内的平均加速度。 说明：如图3所示，从A到B的过程对应T，从A到C的过程对应T。设这三点的速度矢量分别为、和。根据加速度=的定义，可得： =，= 由于有两处涉及矢量相减，设两个差矢量=-，=-，根据三角定律，它们在图3中的大小和方向已经画出来（“三角形”已经拉长成直线）。本题只关心各个矢量的大小。显然： ===，且： ==，=2= 所以： ===，===。 （学生活动）观察思考：这两个加速度相等吗？匀速圆周运动是不是匀速加速运动？ 答：不是。
3.乘法 向量乘法有两种类型：叉积和点积，它们与代数乘法有质的区别。 （1）叉积表达式：×= 名词：叫做“向量的叉积”，它是一个新的向量。 叉积的大小：c=absinα，其中α是 和 之间的夹角。 意义： 的大小对应于 和 所构成的平行四边形的面积。 叉积的方向：垂直于 和 所确定的平面，方向由右手螺旋定则确定，如图4所示。显然，×≠×，但： ×=－× （2）点积表达式：??=c 名词：c叫做“向量的点积”高中物理竞赛吧，它不再是向量，而是标量。 点积的大小：c=abcosα，其中α是 和 之间的夹角。 2.共点力的合成 1.平行四边形定律及矢量表达 2.一般平行四边形的合力与分力的求方法 余弦定理（或拆分成RtΔ） 解合力的大小 正弦定理 解方向 3.力的分解 1.按作用分解 2.按需分解—正交 讲义 第二节 物体的平衡 1.共点力的平衡 1.特性：质心处无加速度。 2.条件：∑=0，或 =0， =0 例：如图5所示，一根长度为L，粗细不均的单杠，用两根轻绳水平悬挂，图上标出绳子与水平方向的夹角。求单杠的重心。 说明：直接利用三个共点力的知识来解题，几何关系比较简单。 答：距杆左端L/4处 （学生活动）思考：一个均匀的长方体放在一个斜面上，根据实际情况分析受力情况，斜面的支撑力会不会通过长方体的重心？解答：如果把各个位置的支撑力汇总为一个N，那么作用在长方体上的三个力（G，f，N）必定有一个共同点，因此可以推断N不可能通过长方体的重心。
正确的受力情况如图6所示（通常的力图把受力物体看作一个点，这种情况下N通过重心）。 答：不是。 二、转动平衡 1.特点：物体无转动加速度。 2.条件：∑=0，或∑M+=∑M- 物体静止时一定会同时满足两个平衡，因此两种思路都可以用于解决问题。 3、非共点力的合成大小与方向：遵循线性矢量合成定律。 作用点：先假定一个等效作用点，再令所有平行力作用在此作用点上的矩和为零。 讲座3 练习 1.如图7所示，在倾斜角为α的固定斜面上，有一块可转动的夹板（β不确定），夹板与斜面夹住一个质量为m的光滑均质球体。 试求：当β取多少值时，夹板对球体的弹力最小。说明：方法一，平行四边形的动态处理。对球体进行受力分析，然后平移平行四边形中的矢量G和N1，使它们组成一个三角形，如图8左图和中图所示。由于G的大小和方向不变，N1的方向不变，因此当β增大导致N2的方向改变时，N2的变化和N1方向的变化如图8右图所示。显然随着β的增大，N1单调减小，而N2的大小先减小后增大。当N2垂直于N1时高中物理竞赛吧，N2取一最小值，N2min=Gsinα。方法二，函数法。 看图8中间的图，利用这个三角形的正弦定理，我们有： = ，即：N2 = ，β在0~180°之间取值，很容易讨论N2的极值。
答：当β=90°时，桥面弹力最小。 2、一重量为G的物体，以水平推力F压在足够高度的垂直墙上，F随时间t的变化如图9所示。下列哪项是图10中从t=0开始，物体上所受摩擦力f的变化曲线？ 解答：静力学旨在解决静力学问题和准静态过程问题，但这道题是个例外，物体的垂直运动是先加速后减速，平衡方程不再适用，如何避开牛顿第二定律是这道题的教学难点。静力学的知识，这道题就是要分清两种摩擦力的不同准则。 水平方向的合力为零，所以：支撑力N不断增加。物体在运动时，滑动摩擦力f=μN必须不断增加。 但物体静止后，静摩擦力f′≡G与N无关。分析运动过程，物体必定有加速和减速两个过程。按物理学常识，加速时f<G，减速时f>G。 答案：B. 3.如图11所示，一个重量为G的小球放在一个垂直放置的光滑大环上，大环的半径为R。另一轻质弹簧，弹簧常数为k，自由长度为L（L<2R），一端固定在大环顶点A，另一端与小球相连，大环在静平衡时位于大环上的B点。试求弹簧与垂直方向的夹角θ。 解析：平行四边形的三个矢量总是可以平移成三角形来讨论。解三角形有三种典型的思路： ①拆成直角三角形（或原为直角三角形）； ②利用正弦、余弦定理；③利用力学向量三角形与某一空间位置三角形的相似性。
本题旨在落实第三个思路。分析小球受力→矢量平移，如图十二所示，其中F表示弹簧力，N表示大环的支撑力。（学生活动） 思考：支撑力N是否可以取图十二的相反方向？（正交分解看水平平衡——不行。） 易判断，图中灰色矢量三角形与空间位置三角形ΔAOB相似，所以： （1）根据胡克定律：F=k（-R） （2）几何关系：=2Rcosθ （3）解上述三个方程。 答：。（学生活动） 思考：若将弹簧换成刚度系数k′更大的弹簧，其他条件不变，弹簧力会如何变化？环的支撑力会如何变化？ 答：减小；保持不变。（学生活动） 反馈练习：光滑半球固定在水平面上。 在小球中心O的正上方有一滑轮，一条细绳穿过滑轮，如图13所示，将一个小球从位置A慢慢拉到位置B。试判断：在此过程中，绳子的拉力T和球体的支撑力N是如何变化的？解：和上题完全一样。答：T减小，N不变。4、如图14所示，将一个半径为R的非均质球体，它的重心不在球体O的中心，先放在水平地面上，平衡时，球体上的A点与地面接触；再将其放在一个倾斜角为30°的粗糙斜面上，平衡时，球体上的B点与斜面接触，已知从A到B的圆心角也是30°。