物理知识汇总

1.质点的运动

大学物理中的质点运动学主要研究单个质点（可以看作一个点的物体）的运动规律。以下是一些关键的知识点和公式，以及它们的意义和符号解释：

1. 位置矢量（Position Vector）：
   $$\mathbf{r}=x\mathbf{i}+y\mathbf{j}+z\mathbf{k}$$

   • $\mathbf{r}$：位置矢量，表示质点在空间中的位置。
   • x, y, z：质点在三维坐标系中的坐标。
   • $\mathbf{i},\mathbf{j},\mathbf{k}$：沿x、y、z轴的单位矢量。

2. 速度（Velocity）：
   $$\mathbf{v}=\frac{d\mathbf{r}}{dt}=\frac{dx}{dt}\mathbf{i}+\frac{dy}{dt}\mathbf{j}+\frac{dz}{dt}\mathbf{k}$$

   • $\mathbf{v}$：速度矢量，表示质点位置变化的快慢和方向。
   • $\frac{d\mathbf{r}}{dt}$：位置矢量对时间的导数。

3. 加速度（Acceleration）：
   $$\mathbf{a}=\frac{d\mathbf{v}}{dt}=\frac{d^2\mathbf{r}}{d{t}^2}$$

   • $\mathbf{a}$：加速度矢量，表示速度变化的快慢和方向。
   • $\frac{d\mathbf{v}}{dt}$：速度矢量对时间的导数。

4. 匀速直线运动（Uniform Linear Motion）：
   $$\mathbf{v}=v_0+at$$

   • $v_0$：初速度。
   • a：加速度。
   • t：时间。

5. 匀加速直线运动（Uniformly Accelerated Linear Motion）：

   • 位移公式：
     $$s=v_{0}t+\frac{1}{2}a{t}^2$$
   • 速度公式：
     $$v=v_0+at$$
   • s：位移。
   • v_0：初速度。
   • a：加速度。
   • t：时间。

6. 抛体运动（Projectile Motion）：

   • 水平方向（无加速度）：
     $$x=v_{0}t$$
   • 竖直方向（受重力加速度影响）：
     $$y=v_{0y}t-\frac{1}{2}g{t}^2$$
   • g：重力加速度，约为 $9.81{\text{m/s}}^2$。

7. 圆周运动（Circular Motion）：

   • 线速度（Tangential Velocity）：
     $$v=\omega r$$
   • 角速度（Angular Velocity）：
     $$\omega =\frac{d\theta }{dt}$$
   • 向心加速度（Centripetal Acceleration）：
     $$a_c=\frac{v^2}{r}={\omega }^{2}r$$
   • $\omega$：角速度。
   • r：圆周路径的半径。
   • $\theta$：角度。

8. 相对运动（Relative Motion）：

   • 如果两个物体都在运动，它们的相对速度 ${\mathbf{v}}_{rel}$ 可以通过它们各自的速度 ${\mathbf{v}}_1$ 和 ${\mathbf{v}}_2$ 来计算：
     $${\mathbf{v}}_{rel}={\mathbf{v}}_1-{\mathbf{v}}_2$$

2.动量守恒定律和能量守恒定律

动量守恒定律和能量守恒定律是物理学中的两个基本定律，它们描述了在封闭系统中动量和能量的守恒情况。以下是这两个定律的关键知识点和公式，以及它们的意义和符号解释：

动量守恒定律（Law of Conservation of Momentum）

1. 动量守恒定律：

   • 在没有外力作用的封闭系统中，系统总动量保持不变。
   • 数学表达式：
     $$\sum {\mathbf{p}}_i=\text{constant}$$
   • $\sum {\mathbf{p}}_i$：系统内所有质点的动量之和。

2. 动量定义：

   • 动量是物体运动状态的量度，由物体的质量和速度决定。
   • 数学表达式：
     $$\mathbf{p}=m\mathbf{v}$$
   • $m$：物体的质量。
   • $\mathbf{v}$：物体的速度。
   • $\mathbf{p}$：物体的动量。

3. 动量守恒的应用：

   • 碰撞问题：在碰撞前后，系统的总动量保持不变。
   • 数学表达式（对于两个物体的系统）：
     $$m_1{\mathbf{v}}_1+m_2{\mathbf{v}}_2=m_1{\mathbf{v}}_1^{\prime }+m_2{\mathbf{v}}_2^{\prime }$$
   • $m_1,m_2$：两个物体的质量。
   • ${\mathbf{v}}_1,{\mathbf{v}}_2$：碰撞前两个物体的速度。
   • ${\mathbf{v}}_1^{\prime },{\mathbf{v}}_2^{\prime }$：碰撞后两个物体的速度。

能量守恒定律（Law of Conservation of Energy）

1. 能量守恒定律：

   • 在封闭系统中，能量总量保持不变，能量可以转换为不同的形式，但总量不变。
   • 数学表达式：
     $$\sum E_i=\text{constant}$$
   • $\sum E_i$：系统内所有形式的能量之和。

2. 机械能守恒：

   • 在没有非保守力（如摩擦力）做功的情况下，系统的机械能（动能和势能之和）保持不变。
   • 数学表达式：
     $$E_{\text{mech}}=K+U=\text{constant}$$
   • $E_{\text{mech}}$：系统的机械能。
   • $K$：系统的动能。
   • $U$：系统的势能。

3. 动能（Kinetic Energy）：

   • 物体由于运动而具有的能量。
   • 数学表达式：
     $$K=\frac{1}{2}m{v}^2$$
   • $m$：物体的质量。
   • $v$：物体的速度。

4. 势能（Potential Energy）：

   • 物体由于位置或状态而具有的能量，常见的有重力势能和弹性势能。
   • 重力势能：
     $$U_g=mgh$$
   • $m$：物体的质量。
   • $g$：重力加速度。
   • $h$：物体相对于参考点的高度。

5. 能量守恒的应用：

   • 机械能守恒问题：在没有非保守力作用的情况下，系统的总机械能保持不变。
   • 数学表达式：
     $$\frac{1}{2}m{v}^2+mgh=\text{constant}$$
   • $v$：物体的速度。
   • $h$：物体相对于参考点的高度。

3.刚体

大学物理中的刚体部分主要研究刚体的运动和受力情况，包括刚体的平动、转动、平衡、以及刚体动力学等。以下是刚体部分的一些核心知识点和公式，以及它们的意义和符号解释：

刚体的平动和转动

1. 质心（Center of Mass）：

   • 刚体的质心是可以将刚体的全部质量集中考虑的一个点。
   • 数学表达式：
     $${\mathbf{R}}_{\text{cm}}=\frac{1}{M}\int \mathbf{r}dm$$
   • ${\mathbf{R}}_{\text{cm}}$：质心的位置矢量。
   • $M$：刚体的总质量。
   • $\mathbf{r}$：质点的位置矢量。
   • $dm$：质点的质量。

2. 转动惯量（Moment of Inertia）：

   • 描述刚体对旋转运动的抵抗能力。
   • 数学表达式：
     $$I=\int r^{2}dm$$
   • $I$：关于旋转轴的转动惯量。
   • $r$：质点到旋转轴的距离。
   • $dm$：质点的质量。

3. 角动量（Angular Momentum）：

   • 描述刚体旋转运动的量。
   • 数学表达式：
     $$\mathbf{L}=I\omega$$
   • $\mathbf{L}$：角动量矢量。
   • $I$：转动惯量。
   • $\omega$：角速度矢量。

4. 力矩（Torque）：

   • 描述力对刚体旋转的影响。
   • 数学表达式：
     $$\tau =\mathbf{r}\times \mathbf{F}$$
   • $\tau$：力矩矢量。
   • $\mathbf{r}$：从旋转轴到力作用点的位置矢量。
   • $\mathbf{F}$：力矢量。

5. 刚体的转动动力学方程：

   • 描述刚体旋转运动的变化。
   • 数学表达式：
     $$\tau =I\frac{d\omega }{dt}$$
   • $\tau$：净力矩。
   • $I$：转动惯量。
   • $\frac{d\omega }{dt}$：角加速度。

刚体的平衡

1. 平衡条件：
   • 刚体处于平衡状态时，其质心的线性运动和绕质心的旋转运动都是静止的或匀速的。
   • 数学表达式：
     $$\sum \mathbf{F}=0$$
     $$\sum \tau =0$$
   • $\sum \mathbf{F}$：作用在刚体上的所有力的矢量和。
   • $\sum \tau$：作用在刚体上的力矩的矢量和。

刚体的动力学

1. 刚体的平动和转动的耦合：
   • 刚体在受力时，可能同时发生平动和转动。
   • 数学表达式：
     $$\sum \mathbf{F}=M{\mathbf{a}}_{\text{cm}}$$
     $$\sum \tau =I\alpha$$
   • $M$：刚体的质量。
   • ${\mathbf{a}}_{\text{cm}}$：质心的加速度。
   • $\alpha$：角加速度。

4.气体压强与热力学

大学物理中的气体动力学理论和热力学是两个相互关联的领域，它们描述了气体分子的行为和宏观性质。以下是这两个领域的一些核心知识点和公式，以及它们的意义和符号解释：

气体动力学理论（Kinetic Theory of Gases）

1. 气体分子的平均动能：

   • 描述了气体分子的平均动能与其温度的关系。
   • 数学表达式：
     $$\overline{E_k}=\frac{3}{2}{k}_{B}T$$
   • $\overline{E_k}$：气体分子的平均动能。
   • $k_B$：玻尔兹曼常数，$1.38\times 10^{-23}\text{J/K}$。
   • $T$：气体的绝对温度（开尔文）。

2. 理想气体状态方程：

   • 描述了理想气体的压力、体积、温度之间的关系。
   • 数学表达式：
     $$PV=nRT$$
   • $P$：气体的压力。
   • $V$：气体的体积。
   • $n$：气体的摩尔数。
   • $R$：理想气体常数，KaTeX parse error: Undefined control sequence: \cdotp at position 1: \̲c̲d̲o̲t̲p̲。
   • $T$：气体的温度（开尔文）。

3. 麦克斯韦-玻尔兹曼分布：

   • 描述了气体分子速度的统计分布。
   • 数学表达式：
     $$f(v)=4\pi {\left(\frac{m}{2\pi k_{B}T}\right)}^{3/2}{v}^2{e}^{-\frac{m{v}^2}{2k_{B}T}}$$
   • $f(v)$：速度为$v$的分子的分布函数。
   • $m$：分子的质量。
   • $k_B$：玻尔兹曼常数。
   • $T$：气体的绝对温度。

热力学（Thermodynamics）

1. 热力学第一定律：

   • 描述了能量守恒在热力学系统中的应用。
   • 数学表达式：
     $$\Delta U=Q-W$$
   • $\Delta U$：系统内能的变化。
   • $Q$：系统吸收的热量。
   • $W$：系统对外做的功。

2. 热力学第二定律：

   • 描述了热力学过程中熵的变化，表明自然界的自发过程总是向熵增的方向进行。
   • 数学表达式：
     $$\Delta S\ge 0$$
   • $\Delta S$：系统熵的变化。

3. 熵变计算：

   • 描述了在等温过程中熵的变化。
   • 数学表达式：
     $$\Delta S=nR\ln \left(\frac{V_f}{V_i}\right)$$
   • $\Delta S$：熵的变化。
   • $n$：气体的摩尔数。
   • $R$：理想气体常数。
   • $V_f$ 和 $V_i$：气体的最终和初始体积。

4. 卡诺循环：

   • 描述了理想热机（卡诺热机）的效率，表明了热机效率的理论上限。
   • 数学表达式：
     $$\eta =1-\frac{T_C}{T_H}$$
   • $\eta$：卡诺热机的效率。
   • $T_C$：冷源的温度（开尔文）。
   • $T_H$：热源的温度（开尔文）。

5.静电场

静电场是电磁学的一个重要部分，主要研究静止电荷产生的电场。以下是静电场的一些基本知识内容和公式，以及它们的意义和符号解释：

1. 库仑定律（Coulomb’s Law）：
   $$F=k\frac{q_1{q}_2}{r^2}$$

   • F：两个点电荷之间的静电力，单位是牛顿（N）。
   • k：库仑常数，$k\approx 8.99\times 10^9\text{N}\cdot {\text{m}}^2/{\text{C}}^2$。
   • $q_1$ 和 $q_2$：两个点电荷的电荷量，单位是库仑（C）。
   • r：两个点电荷之间的距离，单位是米（m）。

2. 电场强度（Electric Field Strength）：
   $$E=\frac{F}{q}$$

   • E：电场强度，单位是伏特每米（V/m）或牛/库（N/C）。
   • F：电荷在电场中受到的力，单位是牛顿（N）。
   • q：试探电荷的电荷量，单位是库仑（C）。

3. 电场线（Electric Field Lines）：
   电场线是表示电场方向和强度的虚拟线，电场线越密集，电场强度越大。

4. 电势（Electric Potential）：
   $$V=\frac{W}{q}$$

   • V：电势，单位是伏特（V）。
   • W：将单位正电荷从无穷远处移动到某点所做的功，单位是焦耳（J）。
   • q：试探电荷的电荷量，单位是库仑（C）。

5. 电势差（Electric Potential Difference）：
   $$U_{AB}=V_A-V_B$$

   • U_{AB}：两点A和B之间的电势差，单位是伏特（V）。
   • V_A 和 V_B：点A和B的电势，单位是伏特（V）。

6. 电场力做功（Work Done by Electric Field）：
   $$W=q{U}_{AB}$$

   • W：电场力所做的功，单位是焦耳（J）。
   • q：试探电荷的电荷量，单位是库仑（C）。
   • U_{AB}：两点A和B之间的电势差，单位是伏特（V）。

7. 电场的高斯定律（Gauss’s Law）：
   $$\oint \mathbf{E}\cdot d\mathbf{A}=\frac{Q_{\text{enc}}}{{\epsilon }_0}$$

   • ∮：闭合曲面上的积分。
   • E：电场强度。
   • dA：微分面积矢量。
   • $Q_{\text{enc}}$：闭合曲面内包围的总电荷量，单位是库仑（C）。
   • ε_0：真空中的电常数，${\epsilon }_0\approx 8.85\times 10^{-12}\text{F/m}$。

8. 电场的环路定理（Ampère’s Circuital Law）：
   $$\oint \mathbf{E}\cdot d\mathbf{l}=0$$

   • ∮：闭合路径上的积分。
   • E：电场强度。
   • dl：微分长度矢量。

9. 电容器的电容（Capacitance）：
   $$C=\frac{Q}{V}$$

• C：电容，单位是法拉（F）。
• Q：电容器上存储的电荷量，单位是库仑（C）。
• V：电容器两端的电势差，单位是伏特（V）。

11. 电容器的充电和放电（Charging and Discharging）：
    $$Q=CV(t)$$
    • Q：电容器上存储的电荷量，单位是库仑（C）。
    • C：电容，单位是法拉（F）。
    • V(t)：随时间变化的电容器两端的电势差，单位是伏特（V）。

6.电磁学

大学物理中恒定磁场和电磁感应的部分涉及了许多重要的物理概念和公式。以下是这些领域的一些核心知识点和公式，以及它们的意义和符号解释：

恒定磁场

1. 磁感应强度（Magnetic Flux Density）：

   • 描述磁场的强度和方向。
   • 数学表达式：
     $$\mathbf{B}=\frac{\mathbf{F}}{q\mathbf{v}}$$
   • $\mathbf{B}$：磁感应强度矢量。
   • $\mathbf{F}$：运动电荷在磁场中受到的磁力。
   • $q$：电荷量。
   • $\mathbf{v}$：电荷的速度矢量。

2. 毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart Law）：

   • 描述小电流元产生的磁场。
   • 数学表达式：
     $$d\mathbf{B}=\frac{{\mu }_0}{4\pi }\frac{Id\mathbf{l}\times {\mathbf{e}}_r}{r^2}$$
   • $d\mathbf{B}$：小电流元产生的磁感应强度微元。
   • ${\mu }_0$：真空的磁导率。
   • $I$：电流。
   • $d\mathbf{l}$：电流元矢量。
   • ${\mathbf{e}}_r$：从电流元指向场点的单位矢量。
   • $r$：电流元到场点的距离。

3. 安培环路定理（Ampère’s Circuital Law）：

   • 描述磁场与电流的关系。
   • 数学表达式：
     $$\oint \mathbf{B}\cdot d\mathbf{l}={\mu }_0{I}_{\text{enc}}$$
   • $\oint$：闭合回路的线积分。
   • $\mathbf{B}$：磁感应强度。
   • $d\mathbf{l}$：闭合回路的微分长度矢量。
   • ${\mu }_0$：真空的磁导率。
   • $I_{\text{enc}}$：闭合回路包围的总电流。

电磁感应

1. 法拉第电磁感应定律（Faraday’s Law of Electromagnetic Induction）：

   • 描述变化的磁场在导体回路中产生感应电动势。
   • 数学表达式：
     $$\epsilon =-\frac{d\Phi }{dt}$$
   • $\epsilon$：感应电动势。
   • $\Phi$：穿过导体回路的磁通量。
   • $t$：时间。

2. 楞次定律（Lenz’s Law）：

   • 描述感应电流的方向，总是反抗引起它的磁通量的变化。
   • 数学表达式：
     感应电流的方向可以通过右手定则来确定，拇指指向磁通量变化的反方向，手指卷曲的方向即为电流方向。

3. 动生电动势（Motionally Induced Electromotive Force）：

   • 描述导体在磁场中运动时产生的电动势。
   • 数学表达式：
     $$\epsilon ={\int }_a^b(\mathbf{v}\times \mathbf{B})\cdot d\mathbf{l}$$
   • $\epsilon$：动生电动势。
   • $\mathbf{v}$：导体的速度矢量。
   • $\mathbf{B}$：磁场矢量。
   • $d\mathbf{l}$：导体的微分长度矢量。

4. 感生电动势（Magnetically Induced Electromotive Force）：

   • 描述变化的磁场在导体回路中产生的电动势。
   • 数学表达式：
     $$\epsilon =-{\int }_S\frac{d\mathbf{B}}{dt}\cdot d\mathbf{S}$$
   • $\epsilon$：感生电动势。
   • $\mathbf{B}$：磁场矢量。
   • $d\mathbf{S}$：导体回路的微分面积矢量。

原文地址：https://blog.csdn.net/Tonque/article/details/144138623

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