# 主题A：空间、时间与运动

> IB 物理 HL · IB 物理 HL 2025+
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-hl-u1-overview/
> 占比: 占考试总分的14-16%

本基础单元涵盖经典力学核心内容，拓展了转动运动、相对论和引力的AHL主题。它构建了你将在所有其他IB 物理 HL单元中使用的解题框架。

**先修:** 基础代数推理能力以及中学入门级运动概念

## 学习目标

- 描述并分析线性、转动和相对论参考系中的运动
- 运用动量和能量守恒定律解决各类力学问题
- 将经典力学核心概念与极端条件下的高阶AHL拓展内容关联起来
- 解决涉及圆周运动、引力和相对论粒子相互作用的问题

## 单元概览

本单元遵循逻辑连贯的学习顺序：从描述运动（运动学）开始，接着探究运动的起因（力），量化能量转移，最后将经典核心概念拓展到转动、相对论和引力系统。每个子主题都建立在前一个子主题的基础上，因此掌握早期基础内容对于学好后续高阶AHL内容至关重要。

HL拓展主题将经典力学拓展到新领域：研究近光速运动粒子的相对论能量和动量，以及引力作用下轨道运动的进阶处理。本单元培养的核心物理推理习惯，将是你学习整个课程其余内容的基础。

按顺序学习的子主题排列：
- [A.1 运动学](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-hl-u1-a-1-kinematics/) — 用位移、速度、加速度描述一维和二维运动，以及抛体运动。
- [A.2 力与动量](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-hl-u1-a-2-forces-and-momentum/) — 介绍牛顿定律以及用于相互作用和碰撞的动量守恒定律。
- [A.3 功、能量与功率](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-hl-u1-a-3-work-energy-and/) — 涵盖力学系统的做功、能量守恒、功率和效率。
- [A.4 转动力学](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-hl-u1-a-4-rotational-mechanics/) — 将线性力学概念拓展到转动，包括力矩和转动惯量。
- [A.5 狭义相对论：能量与动量（AHL）](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-hl-u1-a-5-special-relativity-energy/) — 探究高速粒子的相对论动量、能量以及质能等效。
- [A.6 圆周运动与引力（AHL）](https://www.owlsprep.com/study/ib-physics-hl-u1-a-6-circular-motion-and/) — 涵盖匀速圆周运动、引力场、轨道和逃逸速度。

## 常见错误

- **错误做法:** 在混合问题中混淆线性和转动的对应物理量
  - 原因: 混淆线性运动和转动运动的符号与公式会导致计算错误
  - 正确做法: 始终标注物理量属于线性还是转动，并根据运动类型匹配对应公式
- **错误做法:** 在相对论问题中使用经典动量/能量公式
  - 原因: 经典公式在速度接近$c$时失效，会导致很大的误差
  - 正确做法: 对于速度$v > 0.1c$的物体都使用相对论公式
- **错误做法:** 在能量守恒问题中忘记考虑引力势能
  - 原因: 忽略势能变化会导致最终能量值错误
  - 正确做法: 应用能量守恒定律时，始终包含所有形式的势能

## 速查表

| 概念 / 公式 | 说明 |
| --- | --- |
| $v = u + at$ | 匀加速运动的第一个运动学公式 |
| $\\triangle p = F_{net} \triangle t$ | 冲量动量定理 |
| $\triangle E_{total} = W_{non-conservative}$ | 功能原理 |
| $\tau = I \alpha$ | 转动运动的牛顿第二定律 |
| $E^2 = (pc)^2 + (m_0 c^2)^2$ | 相对论能量动量关系 |
| $F_g = \frac{G M m}{r^2}$ | 牛顿万有引力定律 |

## 下一步

从本单元的第一个子主题A.1运动学开始学习，它为描述所有类型的运动奠定基础。掌握每个按顺序排列的子主题至关重要，因为每个后续主题都建立在单元中前面的概念之上。完成主题A的所有子主题后，你将进入IB 物理 HL的下一个核心单元。

- [A.1 运动学](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-hl-u1-a-1-kinematics/)
- [A.2 力与动量](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-hl-u1-a-2-forces-and-momentum/)
- [A.3 功、能量和功率](https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-hl-u1-a-3-work-energy-and/)

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来自 [OwlsPrep](https://www.owlsprep.com) —— A-Level / IB / AP / IGCSE 免费学习指南，依据官方考纲编写。原页面：https://www.owlsprep.com/zh/study/ib-physics-hl-u1-overview/