IGCSE物理 核心笔记

学科重点

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• 1. Motion, Forces and Energy

  运动、力与能量（8个部分）
• 2. Thermal Physics

  热物理学（3个部分）
• 3. Waves

  波（待更新）
• 4. Electricity and Magnetism

  电与磁（待更新）
• 5. Nuclear Physics

  核物理（待更新）

Reset Progress

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1. Motion, Forces and Energy (运动、力与能量)

1.1 Physical Quantities and Measurement Techniques (物理量与测量技术)

测量是物理学的基础，我们先来看看如何准确地测量各种物理量。

基本测量工具

测量工具的使用

提高测量精度的技巧

有时候我们需要测量非常小的距离或很短的时间。怎么办呢？答案是：测量多次，然后取平均值。

测量摆的周期

Problem

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测量细线的直径

Problem

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Scalar（标量）vs Vector（矢量）

这是物理学中超级重要的区分！

Question

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Question

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记忆技巧

记住一个规律：凡是涉及”往哪里”的，都是 vector。比如 velocity（速度）要说”往北 10 m/s”，force（力）要说”向下 50 N”。

矢量的合成（Resultant Vector）

当两个矢量互相垂直时，我们用勾股定理和三角函数：

矢量合成公式（仅限互相垂直的情况）

合力计算

Problem

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1.2 Motion (运动)

运动学是物理的核心！我们来看看如何描述物体的运动。

Speed（速率）vs Velocity（速度）

Question

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Question

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平均速率

图像分析（Graph Interpretation）

物理考试中，图像题超级常见！我们要会看两种图：

1. Distance-Time Graph（距离-时间图）

图像特征	物理含义
水平线（horizontal line）	静止（at rest）
直线斜坡（straight sloping line）	匀速运动（constant speed）
斜率（gradient）	速率
斜率增大（increasing gradient）	加速（accelerating）
斜率减小（decreasing gradient）	减速（decelerating）

2. Speed-Time Graph（速率-时间图）

图像特征	物理含义
零线（zero line）	静止
水平线（horizontal line）	匀速运动
斜率（gradient）	加速度
图像下面积（area under graph）	距离
向上斜坡（upward slope）	加速
向下斜坡（downward slope）	减速

记忆口诀

• Distance-Time: 斜率是速度
• Speed-Time: 斜率是加速度，面积是距离

速率-时间图面积计算

Problem

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Acceleration（加速度）

Question

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重要常数

Note

Deceleration（减速度）其实就是负的 acceleration。在计算时必须用负值！

落体运动（Falling Motion）

这是考试超爱考的内容！

无空气阻力（Without Air Resistance）

真空中的自由落体

有空气阻力（With Air Resistance）

这个过程更复杂，也更有趣：

1. 初始阶段：物体刚开始下落，速度很小，空气阻力（air resistance/drag）也很小，合力向下，加速下落。

2. 加速阶段：随着速度增大，空气阻力也增大（阻力 ∝ 速度²）。合力 = 重力 - 阻力，合力逐渐减小，加速度逐渐减小。

3. 达到终端速度（Terminal Velocity）：当空气阻力增大到与重力相等时，合力 = 0，加速度 = 0，物体以恒定速度继续下落。

Question

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跳伞运动员

Problem

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1.3 Mass and Weight (质量与重量)

很多同学会混淆这两个概念，我们来彻底搞清楚！

Question

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Question

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Gravitational Field Strength（重力场强度）

重力场强度 $g$

质量与重量的计算

Problem

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如何比较质量和重量？

比较对象	使用工具
Masses（质量）	Balance（天平），如 beam balance
Weights（重量/力）	Spring balance 或 Newtonmeter（测力计）

Note

Weight 是重力场的效应。重力场（gravitational field）是一个区域，在这个区域内，有质量的物体会受到力的作用。

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1.4 Density (密度)

密度告诉我们物质有多”紧密”。

Question

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如何测量密度？

不同形状的物体，测量方法不同：

1. 液体（Liquid）

液体密度测量步骤

2. 规则固体（Regular Solid）

规则固体密度测量

3. 不规则固体（Irregular Solid）

不规则固体密度

Problem

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浮沉条件（Floating and Sinking）

浮沉判断

Question

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1.5 Forces (力)

力是让物体运动状态改变的原因。

1.5.1 Effects of Forces (力的效应)

力可以产生的效果

Load-Extension Graph (载荷-伸长图)

当我们拉伸弹簧时，会发现一个规律：

Hooke's Law (胡克定律)

Question

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注意 Limit of Proportionality

Limit of Proportionality（比例极限）：超过这个点，Hooke’s Law 不再成立，图像不再是直线！弹簧可能永久变形。

Newton’s First Law and Resultant Force

Newton's First Law (牛顿第一定律)

合力计算

Problem

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Newton’s Second Law:

这是物理学中最重要的公式之一！

Question

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$F=ma$ 应用

Problem

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Friction (摩擦力)

Friction 的特点

Circular Motion (圆周运动)

这是一个稍微复杂但很有趣的话题！

圆周运动的关键

定性关系：

条件	结果
Force（, 不变）	Speed
Force（, 不变）	Radius（转得更紧）
Mass（, 不变）	Force needed

生活中的圆周运动

• 汽车转弯：摩擦力提供向心力
• 卫星绕地球：重力提供向心力
• 洗衣机甩干：水被甩出是因为缺少足够的向心力

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1.5.2 Turning Effect of Forces (力矩)

有些力不仅让物体移动，还会让它转动！

Question

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注意：必须是垂直距离！

是从 pivot（支点）到力的作用线的垂直距离，不是随便的距离！

Principle of Moments (力矩原理)

力矩平衡条件

跷跷板平衡

Problem

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Equilibrium (平衡)

一个物体处于完全平衡，需要满足两个条件：

平衡的两个条件

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1.5.3 Centre of Gravity (重心)

Question

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如何找到 CG？

对于不规则的平面物体（lamina），我们可以做实验：

找重心的实验步骤

Note

为什么这样可行？因为物体静止时，CG 一定在悬挂点的正下方（重力力矩为零）。

Stability (稳定性)

如何让物体更稳定？

Question

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1.6 Momentum (动量)

动量是描述”运动有多猛”的物理量。

Question

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Impulse (冲量)

Question

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为什么安全气囊有用？

在碰撞中，人的动量变化 是固定的（从运动到静止）。安全气囊延长了碰撞时间 ，所以根据 ，作用力 会减小，从而减少伤害！

Conservation of Momentum (动量守恒)

这是物理学中最重要的守恒定律之一！

动量守恒定律

碰撞问题

Problem

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Force and Rate of Change of Momentum

还记得 吗？其实它有另一种更基本的形式：

Force 的另一种定义

Note

从 ，可以推导出我们熟悉的 。

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1.7 Energy, Work and Power (能量、功与功率)

能量是物理学的核心概念，万物皆能量！

1.7.1 Energy (能量)

能量的储存形式

能量如何转移？

能量转移的方式

Conservation of Energy (能量守恒)

能量守恒定律

能量转换分析

Problem

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重要公式

Question

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Question

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能量计算

Problem

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1.7.2 Work (功)

Question

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重要

只有沿力方向的位移才算做功！如果力与运动方向垂直，做功为零。

功的计算

Problem

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1.7.3 Energy Resources (能源)

让我们看看人类如何获取能源。

主要能源类型

能源	能量转换路径
化石燃料/生物燃料	Chemical → Heat → Steam → Mechanical (Turbine) → Electrical (Generator)
水力/风能	GPE/KE → Mechanical (Turbine) → Electrical
地热/核能	Nuclear/Internal → Heat → Steam → Electrical
太阳能电池	Light → Electrical
太阳能热水器	Infrared → Heat (water)

比较不同能源

评估能源的标准

能源的根源

大部分能源的终极来源都是太阳辐射（太阳内部的核聚变）！

例外：地热能（地球内部）、核能（铀/钚衰变）、潮汐能（月球引力）

Efficiency (效率)

没有任何能量转换是 100% 有用的，总会有”浪费”的能量（通常是热）。

Question

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效率计算

Problem

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Solution

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1.7.4 Power (功率)

有时候我们关心的不仅是”做了多少功”，还有”做功有多快”。

Question

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功率计算

Problem

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Solution

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1.8 Pressure (压强)

为什么图钉的尖端那么锋利？因为压强！

Question

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压强的规律

压强计算

Problem

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Pressure in Liquids (液体压强)

液体中的压强有特殊规律：

液体压强的特点

Question

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水下压强

Problem

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为什么潜水员要小心

深海压强极大！每下潜 10 m，压强约增加 1 个大气压（100 kPa）。深潜时如果上升太快，体内溶解的气体会快速释放形成气泡，造成”潜水病”（decompression sickness）。

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2. Thermal Physics (热物理学)

2.1 Kinetic Particle Model of Matter (物质的微粒动理论)

物质由微小的粒子组成，这些粒子在不停地运动。这就是微粒动理论的核心思想！

2.1.1 States of Matter (物质的状态)

三态的特性

状态变化的名称

变化	名称
Solid → Liquid	Melting（熔化）
Liquid → Gas	Boiling/Evaporation（沸腾/蒸发）
Gas → Liquid	Condensing（凝结）
Liquid → Solid	Freezing/Solidification（凝固）

Question

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2.1.2 Particle Model (微粒模型)

让我们从微观角度理解三态！

Solid（固体）

固体的微粒模型

Liquid（液体）

液体的微粒模型

Gas（气体）

气体的微粒模型

Temperature and Particle Motion

Question

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绝对零度

Gas Pressure (气体压强)

微粒理论解释气体压强

为什么气体会均匀分布？

因为粒子做随机运动，会自动散开，均匀充满整个容器。

Brownian Motion (布朗运动)

这是微粒动理论的重要证据！

布朗运动

Question

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2.1.3 Gases and the Absolute Scale of Temperature

温度对气体压强的影响（体积不变）

加热气体（恒定体积）

体积对气体压强的影响（温度不变）

压缩气体（恒定温度）

Kelvin 与 Celsius 的转换

Question

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Boyle’s Law (玻意耳定律)

Boyle's Law

Boyle's Law 应用

Problem

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Solution

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2.2 Thermal Properties and Temperature (热学性质与温度)

2.2.1 Thermal Expansion (热膨胀)

热膨胀的原因

膨胀程度比较

Key Concepts

应用与后果

类型	例子
应用	• 双金属片温度计（bimetallic strip thermometer） • 给车轮套金属环：加热膨胀套上，冷却收缩固定
需要预防	• 铁路轨道间留缝隙（防止夏天膨胀变形） • 桥梁有伸缩缝 • 热玻璃杯不能立即加冷水（会炸裂）

双金属片原理

两种金属（如铜和铁）膨胀系数不同，粘在一起加热时，膨胀多的金属会让整个片弯曲，可以控制电路开关。

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2.2.2 Specific Heat Capacity (比热容)

Question

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比热容的含义

比热容计算

Problem

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Solution

测量比热容的实验

实验步骤（固体或液体）

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2.2.3 Melting, Boiling and Evaporation (熔化、沸腾与蒸发)

状态变化时温度不变？

这是一个很反直觉的现象！

状态变化的能量去向

Question

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凝结和凝固

相反的过程

Evaporation（蒸发）详解

蒸发是一个特殊的气化过程。

蒸发的微观机制

Question

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Boiling vs Evaporation

特征	Evaporation（蒸发）	Boiling（沸腾）
温度	任何温度	固定温度（沸点）
位置	只在表面	液体内部（形成气泡）
速度	较慢	快速

影响蒸发速率的因素

如何加快蒸发？

蒸发应用

Problem

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Solution

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2.3 Transfer of Thermal Energy (热能传递)

热能有三种传递方式：传导、对流、辐射。

2.3.1 Conduction (传导)

Question

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金属为什么是良好的热导体？

金属的特殊性

良导体 vs 绝缘体

实验：比较导热性

Problem

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Solution

Note

气体和大部分液体是热的不良导体，因为粒子间距大、排列随机，难以有效传递振动。

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2.3.2 Convection (对流)

Question

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对流的原理

对流为什么发生？

对流实验

Problem

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Solution

生活中的对流

• 暖气片放在房间底部：热空气上升，冷空气下沉，形成室内空气循环
• 海陆风：白天陆地热，空气上升，海风吹向陆地；夜晚相反

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2.3.3 Radiation (辐射)

Question

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表面颜色和质地的影响

这是考试重点！

辐射的吸收与发射

记忆技巧

想想夏天穿什么：穿白色衣服凉快（反射太阳辐射，吸收少），穿黑色衣服热（吸收多）！

热平衡（Thermal Equilibrium）

温度恒定的条件

辐射速率的影响因素

Key Concepts

辐射应用

Problem

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Solution

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2.3.4 Consequences of Thermal Energy Transfer (热传递的应用)

让我们看看现实生活中的例子！

单一传热方式

例子	主要传热方式	解释
金属锅加热	Conduction（传导）	热从火焰通过金属传导到食物
暖气片加热房间	Convection（对流）	热空气上升，冷空气下沉，形成对流循环

复杂应用（多种方式）

篝火的热传递

Problem

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汽车散热器

Problem

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Solution

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总结与复习

IGCSE Physics 核心要点回顾

复习清单

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Congratulations! You've completed all items!

• 复习所有公式并理解其含义

  不只是背，要知道为什么
• 练习图像题

  Distance-Time 和 Speed-Time 图
• 做描述题练习

  用完整句子解释物理过程
• 整理易错点

  如 mass vs weight, speed vs velocity
• 做真题

  熟悉考试风格和时间分配

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考试建议

• 描述题：尽量用物理术语（如 particles, kinetic energy, forces），不要用日常用语
• 计算题：显示所有步骤，即使答案错了也能拿到过程分
• 图像题：用尺子画图，标注轴和单位
• 时间管理：不要在一道题上卡太久，先做会做的

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祝你学习顺利，考试成功！🎉

记住：物理不是死记硬背，而是理解自然规律。多问”为什么”，多想”如何解释”，你会发现物理其实很有趣！