1、最新高中物理竞赛讲义（完整版）1 / 144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）2 / 144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
2、基本知识介绍 .26第二讲 重要模型与专题 .27最新高中物理竞赛讲义（完整版）3 / 144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
3、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最新高中物理竞赛讲义（完整版）4 / 144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最新高中物理竞赛讲义（完整版）5 / 144第 0 部分 绪言一、高中物理奥赛概况1、国际（International Physics Olympiad 简称 IPhO
4、） 1967 年第一届， （波兰）华沙，只有五国参加。 几乎每年一届，参赛国逐年增加，每国代表不超过 5 人。 中国参赛始于 1986 年的第十七届，此后未间断，成绩一直辉煌。 1994 年第二十五届，首次在中国（北京）承办。 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，6577%者获铜奖。2、国家（Chinese Physics Olympiad 简称 CPhO）1984 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。 1984 年开始第
5、一届 CPhO，此后每学年举办一届。 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 37 名参加（全国）决赛。决赛：全国统一组织。按成绩挑选 1525 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 。 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 至 1998 年，湖南选手获 CPhO 决赛一等奖 29
6、 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。 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：初赛对高中物理基础融会贯通，更注重物理方法的运用；复赛知识点更多，对数学工具的运用更深入。2、教法贯彻 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。 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
7、暂的回顾与加深。 复赛对象在约 15 天的时间内模拟考试，进行考法训练。最新高中物理竞赛讲义（完整版）6 / 1443、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 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； 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） ； 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； 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
8、师范大学出版社，1999 年 5 月第一版； 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： + = 。abc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 = ，cosab22其中 为 和 的夹角。ab和矢量方向： 在 、 之间，和 夹角 = arcsincaba cosab2in22、减法表达： = 。ac名词： 为“被减数矢量” ， 为“减数矢量” ， 为“差ba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
9、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 为 和 的夹角。cosb2 cb差矢量的方向可以用正弦定理求得。最新高中物理竞赛讲义（完整版）7 / 144一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41和在 T 内的平均加速度大小。21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。412这三点的速度矢量分别设为 、 和 。AvC根据加速度的定义 = 得： = at0ABa， = ABtvCaAtv由于有两处涉及矢量减法，设
10、两个差矢量 = 1v ， = ，根据三角形法则，它BvA2vCA们在图 3 中的大小、方向已绘出（ 的“三角形”2v已被拉伸成一条直线） 。本题只关心各矢量的大小，显然：= = = ，且： = = ， = 2 = AvBCvTR21v2ATRvATR4所以： = = = ， = = = ABa1tv4T22R8ACa2tvT42R8。（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。 叉乘表达： = abc名词： 称“矢量的叉积” ，它是一个新最新高中物理竞赛讲义（完整版）8 / 144的
11、矢量。叉积的大小：c = absin ，其中 为 和 的夹角。意义： 的大小abc对应由 和 作成的平行四边形的面积。ab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ab图 4 所示。显然， ，但有： = aaba 点乘表达： = cb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 = abcos，其中 为 和 的夹角。ab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 Rt）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
12、加速度。2、条件： = 0 ，或 = 0 ， = 0FxFy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（通常的最新高中物理竞赛讲义（完整版）9 / 144受力图是将受力物体看成一个点，这时，N 就过
13、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： = 0 ，或 M + =M - M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 斜面上，有一块可以转动的夹板（ 不定） ，夹板和斜面夹着一个质量为 m 的光滑均质球体，试求： 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，
14、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 增大导致 N2的方向改变时，N 2的变化和 N1的方向变化如图 8 的右图所示。显然，随着 增大，N 1单调减小，而 N2的大小先减小后增大，当 N2垂直 N1时，N 2取极小值，且 N2min = Gsin。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：N 2 = ， 在 0 到 180之间取值，N 2的极值sin2iGsin讨论是很容易的。答案：当 = 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
15、 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？最新高中物理竞赛讲义（完整版）10 / 144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 = N ，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
16、、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（L2R） ，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 。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：分割成直角三角形（或本来就是直角三角形） ；利用正、余弦定理； 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AOB 是相似的，所以：RABGF由胡克定律：F = k（ - R） B几何关系： = 2Rcos 解以上三式即可。
