A Level物理要怎么学?

多年以后,Shaun依然会想起出成绩的那个下午,那张发皱的物理电学小测,和那鲜红的“D”。为什么物理这么难??明明好好复习,怎么还是做不对?脑中的两个电子不断交缠,电势图的曲线慢慢闪过,乱如三天没洗的头发丝——这世上竟有如此难的topic?

或许今天看到这篇文章的你也有一样的疑虑,没关系,Shaun不仅处理好了电学,也处理好了他的A2物理。今天,他会来帮助大家来过一遍A2 Physics的那些大boss。希望能给大家带来一些启发。A2 Physics Paper的难度在于其对数学思维的考验以及内容之多,所以不少解题思路明晰的同学也会在备考时感到时间紧张。本文主要从重要程度为切入点来分析该学科的复习重点。

A2 physics共有13章节。虽然看起来多,但其中有不少知识点是并不需要深入思考、理解其背后原理的(或者原理相对简单)。而那些做题时绕不开的基本原理,是我们复习时首先该攻克的重点。

复习侧重点之原理理解

有哪些基本原理是我们非常需要掌握的呢?我总结为以下几个:

Circular motion中的运算,包括对弧度制和角速度的理解

Gravitational potential & Electrical potential

Capacitance

Thermal dynamics

Photoelectric effect(Quantum Physics)

尤其是potential energy这一章节,理解起来最为费解。因为其涉及到对反直觉的势能的理解,而且考查方式多样 背诵型知识点 跟以上四个基本原理无关的章节都有着大量的背诵知识。

背诵知识分为几种:背诵公式、定义、原理。Quantum与Astronomy中的许多知识就属于背诵公式——各类law和公式可直接用于计算题,很少有深入考察,但也有小部分原理需要掌握。至于Medical imaging,其有大量需要背诵的器械原理,对于不想背东西的同学也是最难的一个章节。

接下来,让我们将从基本原理入手,以巧妙便捷的方式让同学们快速提分

Circular motion 重要定义: Circular motion的定义|radian的定义|angular velocity的定义该章节主要原理可以由以下几个公式进行精辟的总结,了解完这些公式的推导,同学们便可以自然记忆住这些公式并掌握相关题型重要公式: 一、

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S为弧长

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为弧度,r为半径提分点:了解弧度的意义,有了这一个基础公式,结合起角速度的定义

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基本不需要背诵别的公式

首先,我们需要了解的是,弧度(radian)的定义为:Angle (subtended) where arc (length) is equal to radius (angle subtended) at the center of a circle.也就是他本质是一定角度下,弧长与半径的比。这也是为什么圆周角的角度为

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提分点:最常用公式计算支撑圆周运动所需的Force:centripetal force圆周运动中,同学们要尤为注意一点,也即圆周运动中,物体本身有加速度——即使他有constant的角速度。这是因为改变方向会改变Velocity,而change in velocity意味着加速度。

正因为物体有加速度,圆周运动一定是需要一个持续的Force来维持,也就是centripetal force. 由此公式,我们可以在已知mass,角速度,半径,和F任意三者的情况下推出剩下的一项。

Gravitational potential & Electrical potential

这部分内容将是本文的重点!正是他们一度摧毁了Shaun的A*梦——不过不用担心,既然已经是重点了,下文我将会给出详细的讲解。

提分点:理解势能的根本,避免“瞎计算”

什么是potential energy?

Potential对于同学们来讲是一个新概念。剑桥教科书将其定义为:Gravitational potential at a point is defined as the work done per unit mass bringing a unit mass from infinity to the point.

当一道题问你,某一点的potential energy是什么,你就应该反应过来,这一点指的就是定义中的”the point”. 为什么gravitational potential(GP)是负,而electric potential可正可负?

我们都知道,重力是吸引力。也就是说,一个受重力的吸引unit mass,它move from infinity to a certain point 的方向,一定是和重力的方向一致的

我们以上图为例子,忽略地球的存在,我们假想一个点Q(定义中的unit mass)位于位置P(the point)和位置P1。位置P的GP为minimum。因为这一点是离太阳最近、受太阳的引力(gravitational force)最大的。

这也意味着将点Q从infinity移到此处需要做最少的功为什么是负号呢?因为在从infinity移到到点P时,Q会持续受到吸引力移动,根本不需要额外的力来做功,所以该情况下,所需要的做功是负的

然而电势(electric potential)中,情况会有所不同:电势的定义如下:electric potential at a point is equal to the work done per unit charge in bringing unit positive charge from infinity to that point.这里,被bring from infinity to that point 的一定是一个positive charge

而电子的电荷有正有负,”that point”的电荷正负因此影响了electric potential的正负。

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如图所示,现在”that point”是一个正电荷,那么在that point上的potential就是maximum。因为在这一点上,正电荷离正电荷最近,想从infinity move到这一点所需的energy也就越多——正电荷排斥正电荷,所以想要将正电荷靠近正电荷必须做正功

而假如that point上是一个负电荷,那么这张图便会倒过来,因为异性相吸,正电荷靠近负电荷做负功。

总之,在做势能题目中,我们一定要意识到:1.势能并非一个物体所有的能量,而是克服一个场“所需”的能量。又因为力的方向原因,势能会有正负——计算中万万不可忽略这一点2.在计算叠加起来的场时,记得考虑方向!3.注意单位(常常会用g这个单位来欺骗同学)

Capacitance 提分点:运作原理,串并联公式推导Capacitor的基本组成是两个绝缘的plate。他们中间可以看作有着无限大的电阻。

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因为中间无法导电,所以一旦用power supply推动charges,charges就会堆积在plate的两端而不是形成通路,达到储存电势差(potential difference)的效果。我们将charge之间的potential difference定为V,charge之间的差距定位Q。Capacitance的定义就是Q/V.

Capacitor串联

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我们已经知道capacitor存储电势差的原理了,那么两个电势差串联起来等同于什么呢?由于电势差(V)只是由power supply决定的,因此在串联的情况下,C1和C2处的V不会变,但是由于现在有两个plate,更多的电子能被堆积在plate上。当V保持不动,Q增加。我们就可以得出

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=C1 + C2(同样的voltage下,也就是同样的power supply下,更多的charge可以被store)。 Capacitor并联 首先要明确的一点就是,在并联的capacitors中,每个capacitor存储的charge一样。

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如图,power supply充能是将最上方capacitor上方的plate中的电子抽走顶到最下方capacitor下方的plate上(利用electric motive force).当最上方的capacitor上面的plate的电子被抽走后,其下方的plate就会吸引来中间capacitor上方plate的电子

以此类推,每个capacitor上的Q都将是一致的如下图所示,此时我们把这三个capacitor看作一个大capacitor,遮住中间的部分。这个大capacitor承载了多少电荷呢?答案是它承载了等量于任意一个capacitor plate上charge的charge

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因此,学长私货大分享!A Level物理要这样学!

与此同时,视每个capacitor的C不同,每个capacitor上的电势差也不同,但是因为是串联,所以串联起来的capacitors的总电势差为每个capacitor上电势差的和有了以上条件

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便可以被推导出来。过程如下:

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记忆技巧:这个推理过程常常考到,但是同学们不理解的话,也可以这样记忆:Capacitor串并联之后的

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,是和Resistor串并联后的

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反过来——一个是串联后total为

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一个是并联后total为

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Capacitance还有一个重要考点,即为充放电过程。但是它属于后面章节会多次出现的exponential内容,我们将会在之后的篇章中把充放电、衰变,以及ultrasound的衰减放在一起讲。

小结

“基本原理”是学生们做计算题以及画图题时的必备道具,考题有时也会直接考察公式的推导,因此同学们务必把基本概念理清楚后,再去尝试细枝末节的定义题以及其他的背诵型知识点

基本概念/原理的复习时长相对短,难度高的同时收益也高。觉得难以突破的学生,可向同学老师求助,看网课也是非常有效的方式。不过,还是建议同学们除非要突击复习,复习的顺序还是要按照官方教科书来,重心在一开始要多放在基本原理上。

掌握这些原理后和侧重点多在背诵的章节后,再利用刷题和definition list收拾细枝末节的背诵型知识,这样才能事半功倍。

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