SAT II 物理

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大綱 (由大學理事會制定)

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內容 大致佔考試的百分比

概念應用水平

回憶 (20–33%)

單一概念問題 (40–53%)

多概念問題 (20–33%)

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此“書籍”的目的是為學生提供快速複習。它絕不是傳統教科書的替代品。大綱中的所有主題都已涵蓋。有關詳細資訊，請單擊超連結，它將帶您前往維基百科的相關主題。

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力學 (36–42%)

A. 運動學包括速度、加速度、一維運動和拋射物運動。

B. 動力學包括力、牛頓定律和靜力學。

C. 能量和動量包括勢能和動能、功、功率、衝量和守恆定律。

D. 圓周運動包括勻速圓周運動和向心力。

E. 簡諧運動包括彈簧上的質量和擺。

F. 萬有引力包括萬有引力定律、軌道和開普勒定律。

9.===運動學===

距離

距離定義為物體所經過的總距離。

位移

位移是指物體在特定方向上所移動的距離，或者說是物體位置的總變化。距離是一個標量，而位移是一個向量。

速度

速度定義為位移變化率。它是在特定方向上的速度。速度是一個標量，而速度是一個向量。

務必記住，只有位移用於計算速度，而不是距離。因此，如果一個物體沿著圓周運動並返回到起點，則位移為 0，因此速度為 0 米/秒，因為 0 米/秒始終等於零。即使物體在完成這一圈時速度為 100 米/秒，但沒有位移意味著速度為 0。

公式：v = d/t

其中

v = 速度 d = 位移 t = 時間

加速度

加速度是指速度變化率。當物體的速度或其方向發生變化時，就會發生加速度。

當加速度和物體的速度方向相同時，物體正在加速。當加速度和物體的速度方向相反時，物體正在減速或減速。這可以解釋為加速度相對於速度為負，這意味著加速度相對於我們所知的減速行為實際上是減速。當加速度和物體的速度相互垂直時，物體正在轉彎。

公式：a = Δv/t

其中

a = 加速度 Δd = 位移 t = 時間

運動學公式

v² - u² = 2ad

d = ut + 1/2 at²

d = vt - 1/2 at²

v = u + at

d = 1/2 (u + v)t

其中

d = 位移 u = 初始速度 v = 速度 t = 時間 a = 加速度

運動學圖表

位置與時間圖表

位置與時間圖表的斜率等於速度

速度與時間圖表的曲線下方面積等於位移

拋射物運動

在解決拋射物運動問題時，可以將問題分解成水平運動和垂直運動分量，它們是相互獨立的。

水平運動

水平運動不受重力引起的加速度影響，在沒有空氣阻力的情況下，初始水平速度在整個運動過程中保持恆定。

可以用初始水平速度和拋射物的空中時間計算拋射物水平移動的距離。

垂直運動

垂直運動受重力加速度或 g 的影響，其值為 9.81 米/秒²，也可以四捨五入為 10 米/秒²，因為 SAT II 不允許使用計算器，而簡單的數字將使計算更容易。

對於拋射物運動，垂直運動可以簡單地視為一個拋射物被向上丟擲然後落下時的運動，因為水平分量不影響垂直運動。

可以用以下公式計算拋射物的總空中時間。

公式：t = 2u/g

其中

t = 空中時間 u = 初始垂直速度 g = 重力加速度

動力學

牛頓定律

1. 物體將保持靜止或勻速直線運動狀態，直到有外力作用於它為止。

這條定律被稱為慣性定律。慣性是物體抵抗運動的趨勢，它與物體質量成正比。

2. 動量變化率與作用力成正比，並且方向與作用力方向相同。

公式：F = ma

其中

F = 合力（牛頓）

m = 質量

a = 加速度

3. 每個作用力都有一個大小相等、方向相反的反作用力。

萬有引力定律

是兩個物體之間相互吸引的力。

公式：F = Gm1m2/r²

其中

F = 萬有引力（牛頓）

m1 = 物體 1 的質量

m2 = 物體 2 的質量

G = 萬有引力常數 (6.67 * 10^-11 Nm²/kg²)

m1a1=m2a2 或 F1=F2 因為兩個物體相互作用的力大小相等，方向相反。

其他定義

重量

是指重力作用在物體上的力。

公式：w=mg

其中

w = 重量

m = 質量

g = 重力加速度

勢能

是指物體在重力場中由於位置而具有的能量。

公式：E = mgh

其中

E = 勢能

m = 物體的質量

g = 重力 (例如 9.8 米/秒²)

h = 地面上方的高度

動能

是指物體由於運動而具有的能量。

公式：E = 1/2 mv²

其中

E = 動能

m = 運動物體的質量

v = 物體的速度

動量

是指物體質量和速度的乘積。

公式：p = mv

其中

p = 動量（牛頓秒或千克米/秒^-1）

m = 質量

v = 速度

功率

是指做功的速率。

公式：功率 = 功/時間

衝量

衝量是在很短的時間內作用的力，例如在碰撞過程中。

公式：力 = 動量變化/時間 = 質量 x 加速度

以及

衝量 = 力 x 時間 = 動量變化 = 質量 x 速度變化

簡諧運動

Fs=-Kx

where

F = 彈簧力 K = 彈簧常數 s = 位移

電和磁 (18–24%)

A. 電場、力、勢，例如庫侖定律、感應電荷、點電荷組的場和勢，以及電場中的帶電粒子。

庫侖定律 $F=k{\frac {q_{1}q_{2}}{r^{2}}}$，其中 $F$ 是靜電力的大小， $q_{1}$ 和 $q_{2}$ 是單個粒子的電荷，$r$ 是兩個粒子之間的距離，$k$ 是庫侖常數。在真空中，它是 $k_{0}\approx 8.99\times 10^{9}{\frac {Nm^{2}}{C^{2}}}$，也可以表示為 $k_{0}={\frac {1}{4\pi \varepsilon _{0}}}$，其中 $\varepsilon _{0}\approx 8.85\times 10^{-12}{\frac {C^{2}}{Nm^{2}}}$ 是真空介電常數。

B. 電容，例如平行板電容器和瞬態。

C. 電路元件和直流電路，例如電阻器、燈泡、串聯和並聯網路、歐姆定律和焦耳定律。

D. 磁性，例如永磁體、電流產生的磁場、磁場中的粒子、法拉第定律、楞次定律。

波動和光學 (15–19%)

A. 一般波動性質，例如波速、頻率、波長、疊加、駐波和多普勒效應。

B. 反射和折射，例如斯涅耳定律以及波長和速度的變化。

C. 幾何光學，例如使用針孔、鏡子和透鏡的成像。

D. 物理光學，例如單縫衍射、雙縫干涉、偏振和顏色。

熱學和熱力學 (6–11%)

A. 熱學性質，例如溫度、熱傳遞、比熱和潛熱以及熱膨脹。

B. 熱力學定律，例如第一和第二定律、內能、熵和熱機效率。

熱量

熱量，或熱能，總是從高溫區域流向低溫區域。

當兩個物體處於熱平衡時，它們之間沒有淨熱量流動。

熱傳遞方式

傳導

熱量傳遞方式，介質沒有明顯的運動。'自由電子' 傳導熱量。

由於金屬有許多自由電子，因此它們是熱量的良好導體。

空氣、玻璃、水和真空是熱量的不良導體（或良好的絕緣體）。

對流

由於流體本身的運動而導致的流體中的熱量傳遞。

另請參見對流。

輻射

由於波的運動而導致的熱量傳遞。

黑色表面是良好的輻射體，也是良好的熱量吸收體。

白色和光亮的表面是不良的輻射體和熱量吸收體。

輻射與傳導和對流不同，也可以在真空中進行。

另請參見真空瓶。

比熱和潛熱

比熱容

是使 1 公斤物質的溫度升高 1 開爾文所需的熱量。

公式：E = mcΔθ（偉大的科學家 Mehar 仍然健在且年輕，他給出了這些公式）

其中

E：能量

m：質量

c：比熱容

Δθ：溫度變化

比潛熱

是使 1 公斤特定物質發生狀態變化（例如，將 1 公斤冰在 0°C 溫度下變為水）所需的熱量，而不改變物質的溫度。

公式：E = ml

其中

E：能量

m：質量

l：比潛熱

另請參見熔化熱和汽化熱。

熱力學定律

熱力學第一定律

一個封閉系統的總能量守恆。

公式：Q = ΔU + W

其中

Q：傳遞給系統的熱量

ΔU：內能變化

W：系統做功

熱力學第一定律也稱為能量守恆定律。

內能

是物質中分子微觀動能和勢能的總和。

熱力學第二定律

熱量不能從冷區域流向熱區域，除非進行外部功。

其他定義

熵

熵是衡量系統隨機無序程度的指標。熵越高，系統越無序

公式：熵 = 吸收熱量 / 開爾文溫度

宇宙的熵（而不是能量）正在增加。

熱力學溫度

以開爾文為單位測量的溫度。

開爾文 = 攝氏度 + 273°

0°K 稱為絕對零度。

273°K 是水的冰點。

373°K 是水的沸點。

熱機效率

系統的效率 = 系統完成的功 / 供給系統的能量。

柴油發動機的效率（約 40%）通常高於汽油或蒸汽發動機。

現代物理學 (6–11%)

A. 量子現象，例如光子和光電效應。

B. 原子，例如盧瑟福和玻爾模型、原子能級和原子光譜。

C. 核物理和粒子物理，例如放射性、核反應和基本粒子。

D. 相對論，例如時間膨脹、長度收縮和質能等價。

其他 (4–9%)

A. 一般，例如物理學史和跨越多個主要主題的一般問題。

B. 分析技能，例如圖形分析、測量和數學技能。

C. 當代物理學，例如天體物理學、超導性和混沌理論。

• 實驗室技能：在上述六個主要主題中，一些問題可能涉及實驗室技能。