Alevel物理力學(xué) | 考試必考+未來工程師的必修課!
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力學(xué)作為Alevel物理的C位學(xué)科,占考試比重高達(dá)30%+!從運(yùn)動學(xué)基礎(chǔ)到能量守恒,從靜力學(xué)平衡到動力系統(tǒng)分析,這門課不僅是物理學(xué)大廈的基石,更是工程/計算機(jī)/AI等領(lǐng)域的底層邏輯!
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速度 (Velocity)
定義
Velocity is the rate of change of displacement with time (m/s). 速度是位移隨時間的變化率(米/秒)。
應(yīng)用
用于分析物體運(yùn)動的矢量特性(方向+大?。?,如導(dǎo)航系統(tǒng)計算車輛實(shí)時位置,或航天器軌道調(diào)整時的速度控制。
例題
A train travels 300 m north in 40 s, then 200 m south in 30 s. Calculate its average velocity. (2020真題)
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加速度 (Acceleration)
定義
Acceleration is the rate of change of velocity with time (m/s²). 加速度是速度隨時間的變化率(米/秒²)。
應(yīng)用
關(guān)鍵于運(yùn)動安全分析(如汽車碰撞測試)和天體物理(計算黑洞引力場中物體的加速度),也用于電梯設(shè)計中的舒適度優(yōu)化。
例題
A cyclist increases speed from 4 m/s to 10 m/s over 8 s. Find the acceleration and distance covered. (2022真題)
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動量 (Momentum)
定義
Momentum is the product of mass and velocity (kg·m/s). 動量是質(zhì)量與速度的乘積(千克·米/秒)。
應(yīng)用
解釋碰撞中的能量轉(zhuǎn)移(如汽車防撞設(shè)計),火箭推進(jìn)中的動量守恒原理,以及粒子物理中的亞原子粒子行為分析。
例題
A 0.5 kg ball moving at 6 m/s collides with a stationary 1.5 kg ball. If they stick together, find their final velocity. (2017真題)
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動能 (Kinetic Energy)
定義
Energy possessed by a moving object, given by (Joules). 運(yùn)動物體具有的能量,公式為½mv²(焦耳)。
應(yīng)用
計算剎車距離與車速的關(guān)系,風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計的能量轉(zhuǎn)換效率,以及隕石撞擊地球時的破壞力評估。
例題
A 800 kg car decelerates from 25 m/s to 10 m/s. Calculate the work done by brakes. (2019真題)
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力矩 (Torque)
定義
Rotational force calculated as (N·m). 旋轉(zhuǎn)力,公式為τ= r×F(牛·米)。
應(yīng)用
機(jī)械工程中的齒輪系統(tǒng)設(shè)計,生物力學(xué)(關(guān)節(jié)運(yùn)動分析),以及調(diào)節(jié)衛(wèi)星太陽能板的展開角度。
例題
A wrench applies 50 N force perpendicularly at 0.3 m from a bolt. Calculate the torque. (2021真題)
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向心加速度 (Centripetal Acceleration)
定義
Acceleration directed toward the center of circular motion (). 指向圓心的加速度(公式a_c=v²/r)。
應(yīng)用
設(shè)計過山車軌道的安全曲率半徑,計算衛(wèi)星維持軌道所需的加速度,以及血液離心分離機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
例題
A 2 kg object moves in a 4 m radius circle at 6 m/s. Find centripetal force. (2018真題)
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胡克定律 (Hooke's Law)
定義
Force in a spring , where k is stiffness (N/m). 彈簧力F=-kx,k為勁度系數(shù)(牛/米)。
應(yīng)用
汽車懸架系統(tǒng)設(shè)計,地震儀中的彈簧阻尼機(jī)制,以及研究材料彈性極限的工程測試。
例題
A spring extends 5 cm under 15 N load. Calculate its spring constant and energy stored. (2020真題)
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功率 (Power)
定義
Rate of energy transfer (Watts). 能量轉(zhuǎn)移速率,公式P=W/t(瓦特)。
應(yīng)用
評估發(fā)動機(jī)效率(如汽車馬力計算),太陽能電池板的輸出優(yōu)化,以及運(yùn)動員爆發(fā)力的生物力學(xué)研究。
例題
A crane lifts 200 kg steel beam 15 m in 10 s. Calculate power developed. (2022真題)
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牛頓第三定律 (Newton's Third Law)
定義
Every action has an equal and opposite reaction. 作用力與反作用力大小相等、方向相反。
應(yīng)用
火箭推進(jìn)(燃料噴射反沖),游泳時水與肢體的相互作用力分析,以及建筑結(jié)構(gòu)中的力平衡設(shè)計。
例題
A 60 kg ice skater pushes a 40 kg skater with 120 N force. Describe their accelerations. (2016真題)
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浮力 (Buoyancy)
定義
Upward force exerted by fluid on submerged objects (). 流體對浸入物體的向上力(公式F_b=ρVg)。
應(yīng)用
船舶載重線設(shè)計,潛水艇的浮潛控制,以及氣象氣球升空高度的密度相關(guān)計算。
例題
A 0.1 m³ wooden block floats with 70% submerged. Calculate its density. (2021真題)
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