AP物理C电学力学考试 大纲精析

AP物理C电学力学考试大纲精析

AP 物理C 力学

Newtonian Mechanics

牛顿力学、占整个PhysicsC力学考试的100%

其中：

A. Kinematics ：运动学占18%。

包括：矢量( vectors)的概念：既有大小，又有方向;矢量代数( vector algebra)：矢量和的三角形法则是必须熟练掌握的，最简单的记忆方法就是花萌萌面对两段直的折线路径(对应两段位移矢量之和)，她会选择直接连接出发点和终点的直线捷径(等效的对应两个位移矢量和)，这样构成了一个矢量和三角形。

矢量的点乘A·B=ABcosΘ(加重符号都表示矢量)和叉乘(大小)：/A×

B/=/ABsinΘ/(叉乘结果是矢量，方向为从A绕到B的右手螺旋系大拇指方向)，Θ为矢量A和B的夹角。

矢量的加减，点乘和叉乘，是矢量分析的基础，是我们学习AP物理C的基本数学框架一定要熟练掌握。

矢量在直角坐标系中的分量(components of vectors, coordinate systems),特别强调的是物理上只会用“右手系”，也就是从X轴到Y轴的右手螺旋拇指指向Z轴，这个和叉乘的定义是一样的，好记!有了ta，大家在学电磁学的时候就不用左右手的拧麻花了。AP 物理C还需要掌握柱坐标和球坐标，这在需要柱对称和球对称的积分问题时，就很有用了。运动学中要用到的三大矢量：位移、速度和加速度(displacement, velocity and acceleration)，特别要注意

别把距离(或者叫路程distance)，速率(speed)和前面的概念搞混了，后两个概念是标量，只有在一些特殊情况下才和对应矢量的模(大小)相等。

一维运动(Motion in one dimension)：一维运动的矢量性就记住有正负的方向就行，对于一维匀加速直线运动，务必掌握其最重要的三个方程：第一求速度的公式，角标i(initial)和f(final)总是代表初和末，这个公式只要从匀加速度等于平均加速度的定义就可以得到：

第二个求位移的公式：，这个公式可以理解为保持初速度的匀速运动位移和初速为零的匀加速运动位移之和(第二项在V-T图中是一个三角形面积，底为⊿t，高为a*⊿t)

第三个公式是把前面两个公式消去变量⊿t，得：更方便的记忆方法是公式左边用牛顿第二定律F=ma，变成外力做功的形式：F⊿x, 左边多出来的2/m转到右边，右边就正好得到物体动能的变化。

二维运动

第一类问题是抛射体运动(Motion in two dimensions, including projectile motion)，抛射体运动由于可以在直角坐标系中进行矢量分解，所以也就是水平方向的匀速运动和垂直方向的匀加(减)速运动(注意Y轴向上，所以重力加速度在公式中是负的：-g)

第二类问题是相对运动，关键的公式是：物体相对于地的(earth)速度等于相对于地参考系(reference)的速度加上物体相对于参考系(relative)的速度，特别注意以上的公式是矢量和。

第三类问题是匀速圆周运动(半径R)，特别注意这里的匀速是指匀速率，速度的方向总是在变的，这种运动加速度永远指向圆心，所以也叫向心加速度，大小为V²/R(最王道圆周运动公式，求瞬间加速度也有效，这会儿V自然是瞬间速度),其角速度的定义为：ω=2π/T(物理意义是一个周期T内，物体跑了一整圈弧度为2π，所以两者之比为角速度，角速度为矢量，方向定义仍为右手螺旋，即角度为反时针转时，右手螺旋拇指冲我们的方向为角速度方向)

运动学的本质在于：、、这三个有关物理量和时间之间的函数关系应知其一而知其三，具体方法只需要记住加速度是速度的儿子、速度是位移的儿子，即：

位移是速度的爹，速度是加速度的爹，即：

记住、、均为矢量。在题目中，如果遇到一维以上的情况，矢量方程有两种表示方式。

第一种方法：将矢量方程拆分成各个不同方向的标量方程，例如可以拆分成x方向上位移与时间的关系以及y方向上位移与时间的关系：

这样我们就可以得知任意时刻物体的位置。相应的，按照“知其一而知其三”，我们也可以立刻得知任意时刻的速度与加速度(加速度略)：

第二种方法：利用单位向量表示法，上面的位移方程组可以表示为：

其中i、j代表单位向量，这样我们就可以知道任意时刻物体的位移(注意这是一个矢量)

B. Newton’s laws of motion (牛顿定律占20% )

1. Static equilibrium (first law) 第一定律：如果物体受的外力之和为零，TA将保持静止或者匀速直线运动状态。第一定律是静力学的基础，画好受力分析图是王道，这应该是中国学生的强项

2. Dynamics of a single particle (second law) 第二定律F=ma用来列出物体的动力学方程，画对受力分析图(free-body diagram)仍然是重中之重，在这里，斜坡上物体受力问题，是出题者的最爱。特别强调在非惯性系中，需要考虑等效引力这一项，AP考试也很容易碰到。

3. Systems of two or more objects (third law)第三定律，物体施力和物体受到的反作用力大小相等方向相反，这是下面推导多物体系统动量和角动量守恒的基础。(因为系统的内力之和或内力矩之和可以抵消)

C. Work, energy, power (功、能和功率占14% )

1. Work and work–energy theorem ：做功的概念F·⊿S，外力对物体做功等于物体的机械能的改变。

2. Forces and potential energy：保守力和势能的概念，正是因为保守力场做的功和具体的路径无关，只和等势面有关，才有了势能的概念，所以重力场有势能的概念。

3. Conservation of energy ：机械能守恒定律，把前面的功能定理回想一遍，如果外力只有保守力：重力，那么ta做的功，就可以认为是物体势能的变化，因此，总的机械能，就是势能加动能，将守恒，这是非常爱考的内容，不管是高考还是AP。