物理学第一部分 - 快速指南

引言

当一个物体被推动或拉动时，被称为力。
物体产生的运动是由于力的作用。

施加的力使桌子沿一定方向移动。
力的强度通常用大小表示。
力也有方向；同样，如果大小或方向发生变化，它会直接影响力。
如果力沿与运动方向相反的方向施加，则会导致物体速度降低。
如果一个物体正在运动，那么外力可能会改变该物体的运动状态或方向。
物体的运动状态由其速度和运动方向来解释。
物体的“静止”状态被认为是零速度，因为 -
- 物体不能自行移动。
- 物体不能自行改变速度。
- 物体不能自行改变方向。
- 物体不能自行改变。
- 力可以使静止的物体运动。
- 力可以改变运动物体的速度。
- 力可以改变运动物体的方向。
- 力可以改变物体的形状。
由肌肉作用产生的力称为**肌肉力**。
一些力会降低运动物体的速度，被称为“**摩擦力**”。例如，车轮在道路上滚动；一旦力源停止工作，车轮就会因摩擦而停止。
带电体对另一个带电体或不带电体施加的力称为“**静电力**”。
物体或东西落向地球，因为地球将其拉向自身；这种力称为**重力**或**万有引力**。
重力作用于所有物体。事实上，宇宙中的每个物体，无论其大小和形状如何，都会对其他每个物体施加一些力。这仅仅是因为“**万有引力**”。

压强

作用在单位面积表面上的力称为**压强**（压强 = 力/作用在其上的面积）。
如果面积越小，则表面上的压强越大；例如，这就是钉子一端尖锐（为了施加足够的压强）而另一端较大的原因（如下面的图片所示）。

这层空气被称为**大气**，它延伸到地球表面上方数公里处。
空气施加的压强称为**大气压强**。
我们体内压强正好等于大气压强，抵消了来自外部的压强（见下图）。

液体和气体也会对各自容器的壁施加压强。

物理学 - 摩擦力

引言

**摩擦力**是由于两个相互接触的表面上的不规则性造成的。

摩擦力取决于表面的不规则性；如果它越大，则摩擦力越大，如果它越光滑，则摩擦力越小。
实际上，摩擦力是两个表面上不规则性**互锁**的结果。
如果两个（接触）表面被压得更紧，则摩擦力会增加。
在无摩擦表面上，如果一个物体开始运动，它将永远不会停止；如果没有摩擦力，就不可能建造建筑物。
摩擦力产生热量；当火柴被摩擦在粗糙的表面上时，它会着火。

减少摩擦力的物质

减少摩擦力的物质称为**润滑剂**。例如，当在机器的运动部件之间涂抹油、油脂或石墨时，它会形成一层薄膜；结果，运动表面不会直接相互摩擦，最终减少摩擦力。
当一个物体在另一个物体的表面上滚动时，对其运动的阻力称为**滚动摩擦**。滚动减少了摩擦力。

流体施加的摩擦力称为**阻力**。
作用在流体中物体的摩擦力取决于其相对于流体的速度。
摩擦力取决于相应物体的形状以及流体的性质。
通过给在流体中运动的物体赋予合适的形状，可以最大程度地减少流体摩擦。

物理学 - 一些自然现象

引言

闪电、气旋、地震等是自然现象。
美国科学家本杰明·富兰克林证明，闪电和衣服产生的火花本质上是相同的现象。
当塑料梳子与干头发摩擦时，它会获得一些电荷，并且该物体被称为**带电**物体。
当电荷移动时，它们构成电流。
一些自然现象会导致大规模破坏人类生命和财产。

闪电

将电荷从带电物体转移到地面的过程称为接地。
当负电荷和正电荷相遇时，会产生明亮的光线和声音，这一过程称为**放电**。
放电过程也发生在两朵或多朵云之间，或云与地球之间（见下图）。

在闪电和雷暴期间，没有安全的地方。
电脑、电视等电器应拔掉插头；但是，可以开着电灯，因为它们不会造成任何伤害。
用于保护建筑物免受闪电影响的装置称为**避雷针**。
一根比建筑物更高的金属棒，在建筑物施工期间从上到下固定在建筑物的墙壁上，可以防止雷暴（见下图）。

在建筑物中固定电线和水管时使用的金属柱也起到了防止雷暴和闪电的作用。
如果发生雷暴，也可能发生闪电和气旋。

地震

地震是某一地区的突然震动或颤抖，持续时间很短。
地震通常是由地球内部产生的干扰引起的。
地震几乎一直都在发生，遍布地球各地，但大多数地震甚至都感觉不到。
大地震很少见，但破坏性很大。
最近一次大地震发生在印度，2005年10月8日发生在克什米尔北部的乌里和唐达尔镇，在此之前，2001年1月26日发生在古吉拉特邦布吉的大地震。
地震主要由地球板块的运动引起（见下图）。

地震也可能由火山爆发/活动、陨石撞击地球或地下核爆炸引起。
地震的强度用震级表示，并用称为**里氏震级**的量表测量（见下图）。

里氏震级大于7的地震具有高度破坏性。

物理学 - 运动

引言

运动是指物体在给定时间段内位置的变化。
运动通常用位移、速度、加速度、距离、时间和速度来描述。

直线运动

直线运动是最简单的运动形式。
**大小**是物理量的数值。
从物体的初始位置到最终位置测量的最短距离称为“**位移**”。
运动路径的位移大小可能为零，但对应的所走距离不能为零。
如果物体在相等的时间间隔内走过相等的距离，则称其处于“**匀速运动**”状态。
如果物体在相等的时间间隔内走过不相等的距离，则称其处于“**非匀速运动**”状态。

速度

物体在单位时间内走过的距离称为运动速率或简称**速度**。
速度的 SI 单位是米每秒（符号**m s^–1 或 m/s**）。
物体的平均速度可以通过将总行程距离除以总时间来获得：表示为

$$平均速度 = \frac{总行程距离}{总时间}$$

速度

如果一个量除了指定速度外还指定运动方向，则称为速度。
速度是指以特定方向运动的给定物体的速度。
速度和速度具有相同的测量单位，即 m s^–1 或 m/s。

$$平均速度 = \frac{初速度 + 末速度}{2}$$

加速度

物体速度的变化量与时间的比率定义为加速度。
加速度计算如下 -

$$加速度 = \frac{速度变化量}{时间}$$

加速度的 SI 单位是**m s^–2**。

匀速圆周运动

当物体以恒定速度沿圆形路径运动时，其运动称为匀速圆周运动。

地球和所有其他行星及其卫星的运动几乎都是以恒定速度沿圆形轨道运行的。

物理学 - 力和运动定律

引言

如果我们对物体施加一个力，它可能会改变其位置或/和形状（如下面的图像所示）。

伽利略·伽利雷和艾萨克·牛顿解释了一种不同的方法来理解运动和施加的力。

运动第一定律

根据伽利略，当没有力作用在物体上时，物体以恒定的速度运动。
根据牛顿第一运动定律，“任何物体在不受外力作用的情况下，将保持静止状态或匀速直线运动状态”。
不受干扰的物体保持静止或以相同的速度保持运动（如果处于运动状态）的趋势称为惯性。
牛顿第一运动定律也被称为惯性定律。

如上图所示，当用手指弹动扑克牌时，放在上面的硬币掉入玻璃杯中；这解释了惯性定律。
因此，惯性是任何物体抵抗其运动或静止状态变化的自然趋势。

从数量上讲，物体的惯性用其质量来衡量，因为较重或较大的物体具有较大的惯性，而较轻或较小的物体具有较小的惯性。

运动第二定律

第二运动定律指出，“物体动量的变化率与作用在其上的外力的方向和大小成正比”。
物体的动量（用p表示）定义为其质量（用m表示）和速度（用v表示）的乘积。
同样，动量（m）= 质量（m）× 速度（v）。
动量既有方向又有大小。
动量的SI单位表示为千克米每秒（kg m s^-1）。
第二运动定律说明了一种测量作用在物体上的力的方法，即物体质量和加速度的乘积。

运动第三定律

第三运动定律指出 – “对于每一个作用力，都有一个大小相等、方向相反的反作用力”。

必须记住，作用力和反作用力总是作用在两个不同的物体上。
必须记住，作用力和反作用力的大小总是相等的，但这些力可能不会产生大小相等的加速度，因为每个力作用在不同的物体上，而这些物体可能具有不同的质量。

动量守恒

动量守恒定律指出，在给定区域内，动量的总量保持恒定。
动量既不会被创造也不会被消灭；但是，它可以通过力的作用（由牛顿运动定律描述）发生改变。
物体的质量乘以物体的速度称为动量。

物理学 - 万有引力

引言

宇宙中所有天体都相互吸引，这些天体之间的吸引力称为万有引力。

万有引力定律

宇宙中的每一个物体都具有吸引其他每一个物体的性质，这种力与它们的质量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比（见下图）。

F = 物体‘A’和‘B’之间的吸引力
M = ‘A’的质量
m = ‘B’的质量
d² = ‘A’和‘B’之间距离的平方
G = 比例常数，称为万有引力常数。
G的SI单位为N m² kg^–2。它是通过代入力的单位、距离和质量（如下面的方程式所示）得到的−

$$G = \frac{Fd^2}{M \times m}$$

亨利·卡文迪什计算出‘G’的值为6.673 × 10^–11 N m² kg^–2。
亨利·卡文迪什使用灵敏的天平找到了‘G’的值。

万有引力定律的意义

以下是万有引力定律的主要意义−
- 它解释了将所有物体（包括人类）束缚在地球上的力
- 它描述了月球绕地球运行的运动
- 它解释了行星绕太阳运行的运动
- 它阐明了由于月球和太阳引起的潮汐

自由落体

每当物体落向地球时，它都会涉及加速度；这种加速度是由地球的万有引力产生的。

由地球的万有引力产生的加速度称为地球的万有引力加速度（或重力加速度）。
由万有引力产生的加速度用g表示。
由于地球的半径向赤道方向（从两极）增加，因此‘g’的值在两极比在赤道更大。

g的值

g的值计算如下−

$$g = G\frac{M}{R^2}$$

G = 万有引力常数，其值为6.7 × 10^–11 N m² kg^-2
M = 地球的质量，其值为6 × 10²⁴ kg
R = 地球的半径，其值为6.4 × 10⁶ m
所以，

$$g = \frac{6.7 \: \times 10^{-11} \: Nm^2 \: kg^{-2} \: \times \: 6 \: \times 10^{24} \: kg}{(6.4 \: \times 10^6 \: m)^2}$$

$=9.8 \: m \: s^{-2}$

因此，地球的重力加速度（g）的值为9.8 m s^-2。

物理学 - 质量和重量

引言

物体的质量总是恒定的，不会因地点而改变。

无论物体在地球上、月球上还是在太空中，其质量都保持不变。
地球对物体（由于万有引力）的吸引力称为物体的重量。
重量用英文大写字母‘W’表示。
重量计算如下−

$$W = m \: \times \: g$$

其中，

m 等于物体的质量。
g 等于重力加速度。
重量的SI单位与力的SI单位相同，即牛顿（N）。
由于物体的重量取决于某些因素；因此，重量是可变的（取决于其所在位置），但同一物体的质量与其所在位置无关（无论它在哪里）都保持不变。

推力

垂直作用于物体表面的力称为推力。

相同大小的力作用在不同面积上的效果不同，因为推力的效果取决于其作用的面积。
例如，如果有人站在松散的沙地上，那么力，即他身体的重量，作用在一个等于他脚底面积的区域上。但当他躺在同一表面上时，相同的力作用在一个等于他整个身体接触面积的区域上，该区域大于他脚底的面积。因此，站立时推力对沙地的影响大于躺下时。

压强

单位面积上的推力称为压强。其计算公式如下−

$$Pressure = \frac{Thrust}{Area}$$

压强的SI单位称为帕斯卡，用Pa表示。
如果相同的力作用在较小的面积上，则会产生较大的压强，但如果作用在较大的面积上，则会产生较小的压强。正是由于这个原因——钉子有尖头，刀子有锋利的边缘等。

浮力

水分子对物体施加的向上力称为向上推力或浮力。

浮力的大小取决于水/液体的密度。
密度小于水/液体密度的物体漂浮在水/液体上；而密度大于水/液体密度的物体则沉入水/液体中。
单位体积的质量称为密度。

阿基米德原理

浮力首先被阿基米德（一位希腊科学家）注意到，为了解释这种现象，他提出了一个称为阿基米德原理的原理。

阿基米德原理−“当一个物体全部或部分浸入流体中时，它会受到一个向上的力，该力等于被它排开的流体的重量。”

物理学 - 功和能

引言

当施加力时，作用点的位移沿着力的方向，这称为做功。
术语“功”最早由法国数学家加斯帕·古斯塔夫·科里奥利于1826年提出。

作用在物体上的力所做的功等于力的大小乘以物体在力的方向上移动的距离，其计算公式如下−
所做的功（W）= 力（F）× 位移（s）
功只有大小，没有方向。
功的SI单位是焦耳（J）。

能量

能量可以转化为不同的形式，但不能被创造或消灭。例如，利用太阳能产生电能等。
做功的物体损失能量，而对物体做功的物体获得能量。
此外，拥有能量的物体可以对另一个物体施加力，将能量从前者转移到后者。
因此，物体的能量用其做功的能力来衡量。
能量的SI单位是焦耳（J）。

能量的形式

以下是主要的能量形式−
- 势能
- 动能
- 热能
- 化学能
- 电能
- 光能
让我们简要讨论一下每个。

势能

物体由于其相对于其他物体的位姿而具有的能量称为势能。
因此，势能是物体中储存的能量。例如，重力势能、弹性势能、电势能等。
势能的SI单位是焦耳（J）。
术语“势能”是由苏格兰工程师和物理学家威廉·兰金提出的。

动能

物体由于运动而具有的能量称为动能。

正在运行/移动的物体保持其动能，除非其速度发生变化（增加或减少）。
动能的SI单位是焦耳（J）。

热能

热是能量的一种形式，它自发地从较热的物体转移到较冷的物体。

化学能

化学物质通过化学反应发生转变并转化其他化学物质的潜力称为化学能。例如，化学键的断裂或形成、电池等。
物质（化学物质）的化学能可以通过化学反应转化为其他形式的能量。例如，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能（通常为氧气）。

电能

由电势能或动能产生的能量称为电能。
电力通常由发电厂的机电发电机产生。
机电发电机主要由热机驱动，热机以流动水和风的动能为燃料。
机电发电机也由热机驱动，热机以化学燃烧或核裂变为燃料。

光能

光是一种电磁辐射。
光能很可能是我们唯一真正能够看到的能量形式。

光以自然的方式通过空间传递能量。例如太阳能。

能量守恒定律

能量守恒定律指出能量既不能被创造也不能被消灭；但是，它只能从一种形式转化为另一种形式。
根据能量守恒定律，转化前后的总能量保持不变。
能量守恒定律在所有条件和位置以及所有类型的转换中均有效。

物理学 - 光

引言

事实上，除非有光的帮助，否则我们的眼睛无法看到任何物体。
光可能是物体发出的，也可能是物体反射的。

反射定律

照射到表面的光线称为入射光线。
从表面反射回来的入射光线称为反射光线（如下面的图像所示）。

当从平面表面反射的所有平行光线不一定平行时，反射称为漫反射或不规则反射。
我们周围几乎所有可见的物体都是由于反射光而可见的。
有些物体自身产生光，例如太阳、电灯、火、蜡烛火焰等，使自身可见。
光分解成不同颜色的现象称为光的色散（如下面的图像所示）。

彩虹是一种显示色散的自然现象。

人眼

人眼大致呈球形。
透明的前部称为角膜（如下面的图像所示）。

称为虹膜的深色肌肉结构。
瞳孔的大小（瞳孔是虹膜中的小孔）由虹膜控制。
正是虹膜赋予眼睛独特的颜色。
晶状体位于眼睛瞳孔的后面（参见上图）。
晶状体将光聚焦到眼睛的后部，称为视网膜。
视网膜包含多个神经细胞；根据其特征，它们分为两类，即
- 锥体细胞 - 对强光敏感，以及
- 杆体细胞 - 对弱光敏感。
图像（在视网膜上）的印象不会立即消失，而是会持续大约1/16秒；因此，如果以超过每秒16次的速率将运动物体的静止图像闪现到视网膜上，那么眼睛会看到该物体在运动。
眼睛能够清晰地看到物体的最小距离会随着年龄的增长而变化。
正常眼睛最舒适的阅读距离约为25厘米。

盲文系统

视障人士最流行和最认可的资源称为盲文。
盲文系统是为视障人士开发的；他们可以通过从字母开始学习盲文系统，然后学习特殊字符和字母组合。
路易·布莱叶，一位视障人士，为视障人士专门开发了一种学习系统；因此，该系统以他的名字“盲文”命名。

盲文系统有63种点模式或字符，每个字符代表一个字母、字母组合、常用词或语法符号。

点排列在由两列垂直的三点组成的单元格中，当这些图案压印在盲文纸上时，它有助于视障人士通过触摸识别单词（参见上图）。

物理学 - 反射和折射

引言

点燃视觉并使事物可见的自然/人工媒介称为光。

$Refraction$

光似乎沿直线传播。

光的反射

物体或表面在不吸收光的情况下将其反射回，称为光的反射。
高度抛光的表面，例如镜子或其他光滑和平坦的表面，会反射大部分落在其上的光。

光的反射要么是镜面反射（就像镜子一样），要么是漫反射（保持能量）。

光的反射定律

以下是重要的反射定律 -
- 入射角等于反射角，以及
- 入射光线、入射点处的镜面法线和反射光线都位于同一平面内。
上述反射定律适用于所有类型的反射面，包括球面。
平面镜成的像总是虚像和正立的。

球面镜

反射面向内弯曲（如下面的图像所示），即面向球体中心的球面镜，称为凹面镜。

反射面向外弯曲（如下面的图像所示）的球面镜，称为凸面镜。

球面镜反射面的中心是一个称为极点的点，用英文字母“P”表示。
球面镜的反射面形成一个球体的一部分，该球体有一个中心，称为曲率中心，用英文字母“C”表示。
请记住，曲率中心不是镜面的一部分，而是在反射面之外。
对于凹面镜，曲率中心位于其前方。
对于凸面镜，曲率中心位于镜面后面。
球面镜反射面形成的一部分球体的半径，称为镜面的曲率半径，用英文字母“R”表示。
请记住，极点 (P) 和曲率中心 (C) 之间的距离等于曲率半径。
通过球面镜的极点和曲率中心的虚线称为主轴（参见下图）。
所有在镜面的主轴上的一点处相遇/相交的反射光线；该点称为凹面镜的主焦点。它用英文字母“F”表示（参见下图）。

另一方面，对于凸面镜，反射光线似乎来自主轴上的一点，称为主焦点(F)（参见下图）。

球面镜的极点 (P) 和主焦点 (F) 之间的距离称为焦距，用英文字母“f”表示（参见上图）。
球面镜反射面的直径称为其孔径。

球面镜成像

引言

绘制光路图是说明球面镜成像的理想方法。
至少两条反射光线的交点给出点物体的像的正确位置。
下表说明了凹面镜在物体不同位置时形成的像 -

物体的位	像的位置	像的大小	像的性质
无限远	在焦点F处	高度缩小，点状	实像，倒立
超过C	F和C之间	缩小	实像，倒立
在C处	在C处	相同大小	实像，倒立
C和F之间	超过C	放大	实像，倒立
在F处	无限远	高度放大	实像，倒立
P和F之间	镜面后面	放大	虚像，正立

凹面镜的用途

为了获得强大的平行光束，凹面镜普遍用于手电筒、探照灯和车辆前照灯。
凹面镜也用于理发店，因为它可以提供更大的视野。
凹面镜也用于牙医，以查看患者牙齿的放大图像。
大型凹面镜用于集中阳光，在太阳能熔炉中产生最大的热量。

凸面镜成像

下表说明了凹面镜在物体不同位置时形成的像 -

物体的位	像的位置	像的大小	像的性质	图像
无限远	在焦点F处，镜面后面	高度缩小，点状	虚像，正立
无限远和镜面的极点之间	P和F之间，镜面后面	缩小	虚像，正立

凸面镜的用途

在所有车辆中，凸面镜普遍用作后视（翼）镜。
在车辆中，首选凸面镜，因为它们虽然缩小了，但可以提供正立的图像。

镜面公式

公式表示为

$$\frac{1}{v} + \frac{1}{u} = \frac{1}{f}$$

镜面公式表示球面镜的物体距离（即u）、像距（即v）和焦距（即f）之间的关系。

物理学 - 光的折射

引言

光通常在透明介质中沿直线路径传播。
当光从一种介质斜射到另一种介质时，光在第二介质中的传播方向发生改变，这种现象称为光的折射。
在下面给出的图像 (a) 中，由于水中玻璃的折射，图像被翻转了。

在上面给出的图像 (b) 中，由于光的折射，吸管看起来断了。

如上图所示，由于水的折射，鱼没有出现在其实际位置，而是出现在其实际位置略上方。

光的折射定律

以下是重要的光的折射定律 -
- 入射光线、折射光线和入射点处两种透明介质界面的法线都位于同一平面内。
- 入射角的正弦与折射角的正弦之比对于给定颜色的光和给定的一对介质来说是一个常数。该定律也称为斯涅耳折射定律。
第二种介质相对于第一种介质的常数值称为折射率。

折射率

在给定的一对介质中，方向变化的程度用折射率表示。
对于给定的一对介质，折射率的值取决于光在这两种介质中的速度。
介质折射光的性能也可以用其**光密度**来表示。
下表列出了一些重要材料介质的绝对折射率 -

材料介质	折射率
空气	1.0003
冰	1.31
水	1.33
酒精	1.36
煤油	1.44
熔融石英	1.46
松节油	1.47
岩盐	1.54
钻石	2.42

物理学 - 球面透镜

引言

由两个表面（其中一个或两个表面为球形）所界定的透明材料（通常为玻璃）称为“球面透镜”。

凸透镜

透镜可以有两个向外凸起的球面（如下所示），称为凸透镜或双凸透镜。

此透镜的中间部分凸起（较厚），两端较窄。
凸透镜会使光线汇聚，因此也称为**会聚透镜**。

凹透镜

透镜可以有两个向内弯曲的球面（如下所示），称为凹透镜或双凹透镜。

此透镜的中间部分较窄（向内弯曲），两端较厚。
凹透镜会使光线发散，因此也称为**发散透镜**。
凹透镜或凸透镜都有两个球面，每个球面都构成球的一部分。这些球的中心称为**曲率中心**，用英文字母“**C**”表示。
由于有两个曲率中心，因此分别表示为“C₁”和“C₂”。
通过透镜两个曲率中心的假想直线称为**主轴**。
光心是透镜的中心点。用“**O**”表示。
孔径是球面透镜圆形轮廓的实际直径。
透镜的主焦点用“**F**”表示。
透镜通常有两个焦点，表示为F₁和F₂。
**焦距**是透镜的主焦点和光心之间的距离。用“**f**”表示。
下表说明了凸透镜成像的性质和位置 -

物体的位	像的位置	像的大小	像的性质
无限远	在焦点F₂处	高度缩小，点状	实像，倒立
超过2F₁	在F₂和2F₂之间	缩小	实像，倒立
在2F₁处	在2F₂处	相同大小	实像，倒立
在F₁和2F₁之间	超过2F₂	放大	实像，倒立
在焦点F₁处	无限远	无限大或高度放大	实像且倒立
在焦点F₁和光心O之间	在与物体相同侧的透镜上	放大	虚像，正立

下表说明了凹透镜成像的性质和位置 -

物体的位	像的位置	像的相对大小	像的性质	图像
无限远	在焦点F₁处	高度缩小，点状	虚像，正立
在无限远和透镜的光心O之间	在F₁和光心O之间	缩小	虚像，正立

透镜公式

公式表示为 -

$$\frac{1}{v} - \frac{1}{u} = \frac{1}{f}$$

透镜公式表示了物体距离（即**u**）、像距（即**v**）和透镜焦距（即f）之间的关系。

人眼和五彩缤纷的世界

引言

人眼是最宝贵和最敏感的感觉器官之一。它使我们能够看到周围奇妙而多彩的事物。

人眼

人眼非常类似于照相机。
眼睛的透镜系统在称为**视网膜**的光敏屏幕上形成图像（见下图）。
光线通过称为**角膜**的薄膜进入眼睛。

眼球直径约为2.3厘米，形状几乎是球形的。
角膜后面有一个结构，称为**虹膜**（见上图）。
虹膜是深色的肌肉隔膜；其主要功能是控制瞳孔的大小。
瞳孔的主要功能是控制和调节进入眼睛的光量。
眼睛的晶状体在视网膜上形成物体倒立的实像。

调节能力

由纤维状胶状物质组成的眼球晶状体具有重要作用；此外，眼球晶状体曲率的变化也会改变焦距。
当肌肉处于放松状态时，晶状体收缩变薄；因此，其焦距在此位置增加，使我们能够清楚地看到远处物体。
另一方面，当你看一个靠近眼睛的物体时，睫状肌会收缩；结果，眼球晶状体的曲率增加，眼球晶状体变厚。在这种情况下，眼球晶状体的焦距减小，使我们能够清楚地看到附近的物体。
眼球晶状体调节其焦距的能力称为**调节**。
此外，眼球晶状体的焦距不能低于某个（最小）极限。这就是我们不能阅读放在眼睛非常靠近的地方的书，而必须保持一定距离的原因。
为了舒适且清晰地观察物体，物体必须距眼睛（大约）**25厘米**。
但是，最远点的距离没有限制；人眼可以看清无限远的物体，例如月亮、星星等。

视力缺陷及其矫正

当眼睛的晶状体（通常在老年时）变得浑浊和混浊时，称为**白内障**。
白内障会导致部分或完全失明；然而，它可以通过白内障手术治疗。
以下是三种常见的屈光视力缺陷 -
- 近视
- 远视，以及
- 老花眼
让我们简要讨论一下它们

近视

近视也称为近视眼。
患有近视的人可以清楚地看到附近的物体，但不能清楚地看到远处的物体。

如上图所示，在**近视眼**中，远处物体的像形成在视网膜前，而不是在视网膜上。
近视可能由以下原因引起 -
- 眼球晶状体曲率过大，或
- 眼球过长。
这种缺陷可以通过使用合适的**凹透镜**来矫正。
如上图所示，使用合适的**凹透镜**可以将图像重新聚焦到视网膜上；这样，缺陷就被矫正了。

远视

远视也称为远视眼。
患有远视的人可以清楚地看到远处的物体，但不能清楚地看到附近的物体。
在这种情况下，如下所示，近点比正常近点（即25厘米）更远。

远视可能由以下原因引起
眼球晶状体的焦距过长，或
眼球变得太小。
远视可以通过使用合适的**凸透镜**来矫正。
如上图所示，带有会聚透镜的眼镜提供了额外的聚焦能力，有助于在视网膜上成像。

老花眼

老花眼是一种眼部问题，是由睫状肌逐渐衰弱和眼球晶状体弹性下降引起的。
有些人同时患有近视和远视；这种眼部缺陷可以通过使用**双光**镜片来治疗。
一种常见的双光镜片由凹透镜和凸透镜组成。

物理学 - 光通过棱镜的折射

引言

棱镜是三角形玻璃，有两个三角形底面和三个矩形侧面（如下所示）。

棱镜的独特形状使出射光线相对于入射光线的方向弯曲，这个角度称为**偏折角**。
棱镜两个侧面的夹角称为**棱镜角**。

玻璃棱镜对白光的色散

如上图所示，棱镜将入射的白光分解成一条彩色带。
通过棱镜看到的各种颜色按顺序排列；这个顺序被称为“**VIBGYOR**”。
VIBGYOR是由以下所有颜色的首字母组成的 -
- **V** - 紫罗兰色
- **I** - Indigo（靛蓝色）
- **B** - 蓝色
- **G** - 绿色
- **Y** - 黄色
- **O** - 橙色
- **R** - 红色
光束的有色成分带称为**光谱**，VIBGYOR是您在上面图像中看到的颜色顺序。
光分解成不同颜色的现象称为**色散**。
所有颜色的弯曲角度相对于入射光线都不同；红光弯曲最少（可见于顶部），而紫光弯曲最多（见上图）。
由于弯曲角度不同，所有颜色都变得清晰可见。
牛顿是第一个使用玻璃棱镜获得太阳光光谱的科学家，他得出结论，太阳光由七种颜色组成。
彩虹是一种自然光谱，最有可能在下雨后出现在天空中（见下图）。

雨后的彩虹通常是阳光被微小的水滴散射的结果。
大气中存在的小水滴就像许多小棱镜。
彩虹总是形成在与太阳相反的方向。

大气折射

光线在大气中（通常是由于空气密度变化）偏离直线路径的现象称为**大气折射**。
地面附近的大气折射会产生海市蜃楼，这意味着远处物体看起来会升高或降低，闪烁或波纹，伸长或缩短等。
在夜晚，星星看起来闪烁，这也是由于大气折射造成的。
由于大气折射，太阳在实际日落后大约2分钟仍然可见，在实际日出前大约2分钟也仍然可见（见下图）。

$Atmospheric Refraction$

丁达尔效应

地球的大气层主要由异质混合物组成，例如微小的水滴、悬浮的尘埃颗粒、烟雾和空气分子。当一束光穿过这些细小的颗粒时，光束的路径会发生散射。大气中胶体粒子（大气）对光的散射现象产生了**丁达尔效应**。
光的散射使大气中的粒子变得可见。
非常细小的粒子会大量散射蓝光，而较大的粒子会散射波长较长的光。
红光的波长（大约）是蓝光的1.8倍。

物理学 - 电

引言

如果电荷流过导体，例如金属线，则称为导体中的**电流**。
电流的连续闭合路径称为**电路**（如下图所示）−

在电路中，通常将电流（视为正电荷）的方向视为与电子（视为负电荷）流动方向相反。
电荷的SI单位是**库仑**（**C**）。
库仑相当于大约**6 × 10¹⁸**个电子所带的电荷。
电流用**安培**（**A**）作为单位表示。
它以法国科学家安德烈-玛丽·安培的名字命名。
1安培表示每秒流过1库仑的电荷，即**1 A = 1 C/1 s**。
测量电路中电流的仪器称为**电流表**。
电流从电池的正极流向负极，通过灯泡和电流表，形成回路。

电势和电势差

导体的电子只有在存在称为**电势差**的电压力差时才会移动。
电池内部的化学作用会在电池的两端产生电势差。此外，当该电池连接到导电电路元件时，电势差会使电荷在（导体中）运动并产生电流。
意大利物理学家亚历山德罗·伏打（1745-1827）首先发现了电势差；因此，电势差的SI单位为**伏特**（**V**）。
测量电势差的仪器称为**电压表**。

电路图

一些定义的符号用于在电路图中表示最常用的电气元件。
下表描述了一些常用的电气元件符号−

元件	符号
电源
电池组或电源组
开关（断开）
开关（闭合）
导线连接
导线交叉但不连接
灯泡
电阻R
变阻器或滑动变阻器
电流表
电压表

欧姆定律

1827年，德国物理学家**格奥尔格·西蒙·欧姆**指出，“通过金属导线的电流与其两端的电势差（V）成正比，前提是温度保持不变。”

电功率

电能在电路中耗散或消耗的速率称为**电功率**。
电功率的SI单位是**瓦特**（**W**）。

物理 - 电流的化学效应

引言

大多数导电液体属于酸、碱和盐的溶液。
有些液体是良好的导体，有些则是不良的导体。
电流通过导电液体通常会导致化学反应，这种反应产生的效应称为**电流的化学效应**。
利用电流在另一种材料上沉积任何所需金属层的过程称为**电镀**。

电镀通常用于工业中，用一层薄薄的不同金属覆盖金属物体。

在铁上涂覆锌层以防止其腐蚀和生锈。

物理 - 电流的磁效应

引言

电和磁相互关联，当电流通过铜线时，会产生磁效应，从而证明了这一点。
汉斯·克里斯蒂安·奥斯特首先发现了电磁效应。

磁场

磁场是一个既有大小又有方向的量。
磁场的方向通常被认为是指南针的北极在其中移动的方向。

惯例是磁感线从北极发出，汇聚到南极（见上图）。
磁铁的两条磁感线不会相交。如果发生这种情况，则意味着在交点处，指南针会指向两个方向，这显然是不可能的。
（电流产生的）磁场在某一点的大小随着通过导线的电流增大而增大。

右手螺旋定则

也称为麦克斯韦螺旋定则，右手螺旋定则说明了与载流导体相关的磁场方向（见下图）。

**右手螺旋定则**指出，“想象你用右手握住一根载流直导线，使拇指指向电流方向。然后你的手指将围绕导线环绕，方向与磁场线的方向一致。”

弗莱明左手定则

**弗莱明左手定则**指出，“伸出左手的拇指、食指和中指，使它们相互垂直（如下图所示）。如果食指指向磁场方向，中指指向电流方向，则拇指将指向导体运动或受力方向。”

人体也产生磁场；然而，它非常弱，大约是地球磁场的十亿分之一。
心脏和大脑是人体内产生磁场的两个主要器官。
人体内的磁场构成了获取人体不同部位图像的基础。
用于获取身体部位图像的技术称为**磁共振成像**（MRI）。

物理学 - 电动机

引言

电动机是一种旋转装置，用于将电能转换为机械能。
我们使用几十种使用了电动机的设备，例如冰箱、搅拌机、风扇、洗衣机、电脑等。

商用和高功率电机使用−
- 用电磁铁代替永磁体。
- 载流线圈中绕制大量匝数的导线；以及
- 线圈正确绕制的软铁芯。
软铁芯（绕有线圈）和线圈称为**电枢**。
电枢的主要功能是增强电机的功率。

电磁感应

1831年，英国物理学家迈克尔·法拉第发现，运动的磁铁可以用来产生电流。

如上图所示，运动的磁铁靠近线圈会在线圈电路中产生电流，这由电流计指针的偏转指示和读取。
由于磁场的变化，电磁感应在导体中产生电动势（emf）。
电流计是一种用于检测电路中是否存在电流的仪器。

弗莱明右手定则

**弗莱明右手定则**指出，“伸出右手的拇指、食指和中指，使它们相互垂直（见下图）。如果食指指示磁场方向，拇指指示导体运动方向，则中指将指示感应电流方向。这个简单的规则称为弗莱明右手定则。”

发电机

发电机是一种将机械能转换为电能的装置。

在发电机中，机械能用于使导体在磁场中旋转，从而产生电能。

电流类型

以下是两种类型的电流−
- 交流电（或AC）
- 直流电（或DC）
交流电和直流电的区别在于 - 交流电会周期性地反向；而直流电始终沿一个方向流动。
大多数发电站产生交流电。
在我们家中，有各种各样的电器，大多数使用交流电运行。
在我们家的布线中，**保险丝**是最重要的安全装置。
保险丝用于保护电路，防止因短路或电路过载而损坏。

物理学 - 能源

引言

能量既不会被创造也不会被消灭，它有许多来源；其中重要的有−
- **肌肉能量**−大多数生物都具有它（默认）；这是我们能够进行体力劳动的原因。
- **电能**−我们家中的大多数电器都使用电能运行。
- **化学能**−化学能通常用于烹饪、运行车辆等。
根据能源储备，能源被分为−
- **常规能源**−储量有限（且可耗尽）的能源被称为常规能源。例如化石燃料（如煤炭、石油等）。
- **非常规能源**−也称为可再生能源。例如风能、太阳能、地热能等。

火力发电厂

燃烧大量的化石燃料来加热水以产生蒸汽，最终驱动涡轮机并发电。

术语火力发电厂的使用是有目的的，因为燃料燃烧产生热能，最终转换为电能。

水力发电厂

流水/落水具有巨大的势能；水力发电厂将这种势能转化为电能。

水坝是专门建造用来通过水发电的。
然而，大型水坝的建设对各自的生态系统构成威胁；因此，大型水坝只允许在特定的地理位置建造。

生物质燃料

由植物和动物产品产生的燃料被称为生物质燃料。牛粪气（沼气）是生物质燃料的最佳例子。

沼气是一种极好的燃料来源，因为它含有大约75%的甲烷。
沼气燃烧无烟，不像木材那样留下灰烬残留物。

风能

风具有大量的动能，可以通过风车加以利用。

风车的旋转运动被设置为运行涡轮机，最终产生电能。
在丹麦，超过25%的电力（总需求）是通过庞大的风车网络产生的；因此，它被称为“风之国”。
然而，在总产量方面，德国排名第一。
印度在利用风能发电方面排名第五。
卡尼亚库马里（泰米尔纳德邦）是印度最大的风能农场，容量为380兆瓦。
风能是一种环保技术，也是一种高效的可再生能源。
然而，风能最大的局限性之一是——它不能在任何地方建立，而只能在风速持续至少达到15公里/小时的地区建立。

太阳能

通过太阳光线产生的能量被称为太阳能。
这种能量的维护成本非常低。
它可以小规模使用（例如只点亮一个带风扇的日光灯），也可以用来运行大型工业，因为它具有巨大的潜力。
然而，这项技术目前仍然非常昂贵；因此，难以普及。

潮汐能

由潮汐势能产生的能量被称为潮汐能。
在靠近海岸建造的大坝的开口处设置一个涡轮机，将潮汐能转化为电能。

波浪能

海浪在海岸附近具有巨大的势能；因此，由海浪产生的电能被称为波浪能。

海洋热能

由海水温差产生的电能被称为海洋热能。

地热能

由天然温泉产生的电能被称为地热能。印度的喜马偕尔邦马尼卡恩是地热能的所在地。

核能

由核裂变或核聚变过程释放的能量被称为核能。
在核反应过程中，会释放核能，用来产生热量；然后利用这种热能驱动蒸汽涡轮机发电。

物理学 - 声学第一部分

引言

物体的来回或前后运动被称为振动。因此，当拨动一根绷紧的琴弦时，它会振动，当它振动时，会产生声音。

在某些情况下，振动很容易观察到，但在大多数情况下，它们的振幅非常小，用肉眼很难看到；然而，它们的振动很容易以声音的形式感受到。例如，Tabla、手风琴、长笛、西塔琴等。

在人类中，声音是由喉（也称为声带）产生的。
可以将手指放在喉咙上感受振动；这就是被称为声带的部分。

人类发出的声音

两条声带（如给定图像所示）以这样的方式拉伸在声带盒（或喉）上，在它们之间留下一条狭窄的缝隙供空气通过；这就是声音产生的方式。
男性的声带约长20毫米。
女性的声带约长15毫米，儿童的声带更短；这就是男女老少声音不同的原因。

人耳

我们听到声音的器官被称为耳朵。
耳朵外形类似于漏斗；因此，当声音进入时，它会继续通过一条管道向下到达末端。在末端，有一层薄膜绷紧；它被称为耳膜。

耳膜非常类似于拉伸的橡胶片，声音振动使耳膜振动。
耳膜将振动传递到内耳，然后信号传到大脑；这就是我们能够清晰听到声音的方式。

振动的频率

振动运动被称为振荡运动。
每秒振荡的次数称为振荡的频率，频率以赫兹（Hz）表示。
振幅和频率是任何声音的两个重要特征。
声音的响度取决于它的振幅；如果振幅越高，则声音越响；如果振幅越低，则声音越弱。
声音的响度用一个单位表示，以分贝（dB）表示。
下表显示了各种声源产生的声音响度：

声源	声音响度
正常呼吸	10分贝
轻柔耳语（5米处）	30分贝
正常交谈	60分贝
繁忙的交通	70分贝
普通工厂	80分贝

频率决定声音的音调或尖锐度；因此，如果振动频率越高，则声音音调越高，尖锐度越高，反之亦然。

低于约20次/秒（即20赫兹）的声音频率人耳无法感知。
高于约20000次/秒（即20千赫兹）的声音频率人耳无法感知。
对于人耳来说，可听频率范围大致在20到20000赫兹之间。
一些动物可以听到高于20000赫兹的声音频率，例如狗。

噪声和污染

不悦耳的声音称为噪声。
环境中存在过量或令人烦恼的声音称为噪声污染。
噪声污染可能导致许多健康问题。例如，睡眠不足、高血压、焦虑、听力障碍等。
在路边和其他地方，尤其是在城市和工业区域，种植植物可以有效减少噪声污染。

物理学 - 声学第二部分

引言

声音是一种能量形式，当我们用耳朵听到它时，它会产生一种感觉。

声音可以通过多种方式产生，例如，通过弹拨、刮擦、摩擦、吹奏或摇动不同的物体。
人声的产生是由于声带的振动。
声波通常以介质中粒子的运动/振动为特征，因此被称为机械波。
声波在其位置上前后振荡；因此，它们被称为纵波。

声音的传播

声音传播的物质或物体称为介质。
声音通过介质从产生点传播到听者；声音介质可以是固体、液体或气体。
然而，声音不能在真空中传播。
气体、液体或固体的粒子不会一直从振动物体传播到耳朵，而是当物体振动时，它会使周围介质的粒子振动，依此类推。

换句话说，介质的粒子不会向前传播/移动，而是扰动通过一个振动粒子传递到另一个振动粒子。
当振动粒子向前移动时，它们会推动并压缩其前面的空气，形成一个高压区域，称为压缩（见下图）。

此外，当振动粒子向后移动时，它会形成一个低压区域，称为稀疏（R）（见上图）。
随着粒子快速前后移动，空气中会产生一系列的压缩（高压区）和稀疏（低压区）；同样，声波通过介质传播。
如上图所示，曲线的下部（谷底）称为波谷，上部（峰值）称为波峰。
两个连续压缩或两个连续稀疏之间的距离称为波长。
波长通常用希腊字母λ表示，其SI单位为米（m）。
每单位时间内计算出的压缩或稀疏的次数称为声波的频率。
声波的频率通常用ν（希腊字母，nu）表示。
声波频率的SI单位为赫兹（Hz）。
我们感知/听到的频率的感觉通常称为声音的音调。
声源振动越快，频率越高，音调越高（见下图）。

同样，高音调的声音在每单位时间内有更多的压缩和稀疏通过固定点。
声源振动越慢，频率越低，音调越低（见下图）。

同样，低音调的声音在每单位时间内有更少的压缩和稀疏通过固定点。
给定介质中在平均值两侧最大扰动的幅度称为声波的振幅。
振幅通常用字母A表示。
声音的柔和度或响度从根本上取决于它的振幅。
单一频率的声音称为音调。
由几种和谐频率混合产生的声音称为音符。
音符听起来很悦耳。

物理学 - 声音在不同介质中的速度

引言

声音的速度取决于它传播的介质的类型和特性。
声音在特定介质中的速度取决于该介质的温度和压力。
当声音从给定介质的固态传播到气态时，声音的速度会降低。
在任何介质中，如果温度升高，则声速也会升高，反之亦然。
例如，空气中0⁰C时的声速为331米/秒，22⁰C时为344米/秒。
下表显示了不同介质中250摄氏度时的声速：

状态	物质	速度（米/秒）
固体	铝	6420
	镍	6040
	钢	5960
	铁	5950
	黄铜	4700
	玻璃	3980
液体	海水	1531
	蒸馏水	1498
	乙醇	1207
	甲醇	1103
气体	氢气	1284
	氦气	965
	空气	346
	氧气	316
	二氧化硫	213

音爆

当任何物体的速度超过声波速度时，该物体的速度称为超音速。例如，子弹、喷气飞机等的速度。

当声源本身以高于声音的速度运动时，它会在空气中产生冲击波。
冲击波携带大量能量，会导致其周围环境的空气压力变化。
冲击波会产生非常尖锐和响亮的声音，称为音爆。

声音的反射

当声波撞击到坚硬的墙壁甚至液体时，它会反射回来。

回声

如果你在（尤其是在）山区大声喊叫或拍手，过一段时间后，你会听到相同的声音，这被称为回声。
声音的感觉在我们的大脑中持续约0.1秒；因此，要听到清晰的回声，原始声音和反射声音之间的时间间隔必须至少为0.1秒。
要听到清晰的回声，障碍物到声源的最小距离必须为17.2米。但是，这个距离是可变的，因为它取决于温度。

混响

导致声波持续存在的重复反射被称为混响。例如，在大型大厅（尤其是礼堂）中，可以听到过度的混响。
通常，音乐厅或电影院的天花板呈弯曲形状，以便反射后的声波到达大厅的各个角落（参见下图）。

可听声范围

人类的可听声范围在20赫兹到20000赫兹之间。
然而，随着人们年龄的增长，他们的耳朵逐渐对较高的声频变得不那么敏感。
频率低于20赫兹的声音被称为次声波。
鲸鱼、犀牛和大象发出次声波范围内的声波。
频率高于20千赫的声音被称为超声波。
超声波技术广泛应用于不同的行业和医疗目的。
海豚、蝙蝠和鼠海豚发出超声波。

助听器

助听器是一种电子设备，可以帮助聋人正常听到声音。

助听器是一种电池供电的设备，通过麦克风接收声音。

声纳

SONAR一词代表声纳（Sound Navigation And Ranging）。

声纳是一种先进的设备，使用超声波测量水下物体（潜艇）的方向、距离和速度；海的深度；水下丘陵；山谷；沉船等。

物理学 - 太阳系

引言

太阳和所有围绕它（太阳）旋转的天体被称为太阳系。
太阳系由大量天体组成，包括行星、彗星、小行星和流星。
有八颗行星；它们按照距太阳距离的顺序排列为：水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星（参见下图）。
前四颗行星，水星、金星、地球和火星，被称为“内行星”。
木星、土星、天王星和海王星离太阳要远得多，被称为“外行星”。

太阳

太阳是离地球最近的恒星。
太阳距离地球约1.5亿公里（1.5亿公里）。
太阳是地球上几乎所有可用能量的来源。
在太阳之后，半人马座α星是离地球最近的恒星。
光年是光在一年内传播的距离。
光速约为每秒30万公里。

行星

有八颗行星，它们相对于恒星不断改变位置。
行星有围绕太阳运行的明确路径。
行星的路径被称为轨道（见上图）。
行星完成一次公转所需的时间称为其公转周期。
公转周期随着行星距离太阳的距离增加而增加。
所有行星也绕着自己的轴自转，这被称为其自转周期。
围绕行星运行的天体被称为卫星或月球。
水星是最小也是最靠近太阳的行星。
水星没有自己的卫星。
金星是离地球最近的行星。
金星是最亮的行星。
金星在日出前出现在东方的天空，在日落后出现在西方的天空；因此，它也被称为晨星或昏星。
金星没有月球/卫星。
金星自东向西自转。
从太空看，地球由于水和陆地反射光线而呈现蓝绿色。
地球有一颗月球。
火星看起来有点红色，因此被称为红色星球。
火星有两颗天然卫星。
木星是太阳系中最大的行星。
木星的质量大约是地球的318倍。
土星呈现黄色。
土星周围有环。
土星是所有行星中密度最小的（即使水也比土星密度大）。
与金星一样，天王星也自东向西自转。
天王星最显著的特征是它拥有高度倾斜的自转轴。
火星和木星的轨道之间存在一个巨大的间隙；它充满了被称为“小行星”的一些物体，这个区域被称为小行星带（见下图）。

彗星通常看起来像一个明亮的头部，后面拖着一条长长的尾巴，随着它接近太阳，尾巴的长度会变长（见下图）。

哈雷彗星大约每76年出现一次；上次出现是在1986年。
流星通常是一个偶尔进入地球大气层的小物体。
流星通常被称为流星雨。

一些流星非常大，它们在完全蒸发之前就到达了地球。
到达地球的流星被称为陨石。

物理学 - 恒星和太阳系

引言

天空中的恒星、行星、月球和许多其他物体被称为天体。

月球

月球在不同的时间看起来形状不同；这是因为阳光照射到它上面并随后反射到地球上。
在不同的时间看到的月球明亮部分的各种形状被称为月相（如下图所示）。

1969年7月21日，美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗首次登月。
月球表面布满尘土和贫瘠，并有许多不同大小的陨石坑（如下图所示）。

月球有许多陡峭的高山。
月球没有大气层。

恒星

从地球上看，恒星比太阳远数百万倍。
形成一个具有可区分形状的群体的恒星被称为星座。
许多星座的形状类似于熟悉的物体（如下图所示）。

猎户座是一个著名的星座，可以在冬天的夜晚看到。
它还有七到八颗明亮的恒星（见上图），被称为猎户座。
中间的三颗星被认为是猎户座的腰带，而四颗明亮的星看起来像四边形排列。

打印页面

物理学 第一部分 - 快速指南

物理学 - 力和压强

引言

压强