一、力学基础与运动规律
力学是物理学的基础分支，研究物体运动和相互作用的规律。
（一）牛顿运动定律
牛顿第一定律（惯性定律）：物体在不受外力作用时，保持静止或匀速直线运动状态。牛顿第二定律：物体加速度与作用力成正比，与质量成反比，公式为F=ma。牛顿第三定律：作用力与反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
（二）万有引力与天体运动
万有引力定律：任何两个质点间都存在相互吸引的力，大小与质量乘积成正比，与距离平方成反比。开普勒行星运动三定律：行星轨道为椭圆，太阳位于一个焦点；行星与太阳连线在相等时间内扫过相等面积；行星公转周期的平方与轨道半长轴的立方成正比。
（三）机械能与守恒定律
动能：物体因运动而具有的能量，公式为E_k=1/2mv²。势能：物体因位置或状态而具有的能量，包括重力势能和弹性势能。机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的系统内，动能和势能相互转化，总量保持不变。
二、热学基础与热力学定律
热学研究热现象及其规律，包括温度、热量传递和热力学过程。
（一）温度与热量
温度是物体冷热程度的量度，常用摄氏温标（℃）和开尔文温标（K）。热量是热传递过程中转移的能量，单位是焦耳（J）。比热容：单位质量物质升高1℃所需热量，水的比热容为4.2×10³J/(kg·℃)。
（二）热力学定律
热力学第一定律：系统内能变化等于吸收热量与对外做功之差，ΔU=Q-W。热力学第二定律：热量不能自发从低温物体传到高温物体；不可能制造只从单一热源吸热做功而不产生其他影响的机器。热力学第三定律：绝对零度不可达到。
（三）物态变化与相变
物质三态：固态、液态、气态。熔化：固态→液态，吸热；凝固：液态→固态，放热。汽化：液态→气态，吸热；液化：气态→液态，放热。升华：固态→气态，吸热；凝华：气态→固态，放热。
三、光学原理与应用
光学研究光的传播规律及其与物质相互作用的科学。
（一）光的传播特性
光在均匀介质中沿直线传播，光速在真空中为3×10⁸m/s。光的反射定律：入射角等于反射角。光的折射定律：入射角正弦与折射角正弦之比等于折射率之比。全反射：光从光密介质射向光疏介质时，入射角大于临界角时发生。
（二）光学仪器原理
凸透镜：会聚光线，成像规律：物距大于2倍焦距成倒立缩小实像；物距在1-2倍焦距成倒立放大实像；物距小于焦距成正立放大虚像。凹透镜：发散光线，只能成正立缩小虚像。显微镜：由物镜和目镜组成，放大微小物体。望远镜：增大视角，观察远处物体。
（三）光的波动性与粒子性
光的干涉：两列相干光波叠加产生明暗相间条纹，如双缝干涉、薄膜干涉。光的衍射：光绕过障碍物传播的现象。光电效应：光照射金属表面时发射电子的现象，证明光的粒子性。光具有波粒二象性，既是电磁波又是光子流。
四、电磁学基础与应用
电磁学研究电荷、电场、磁场及其相互作用的物理规律。
（一）静电学与电场
库仑定律：真空中两点电荷间作用力与电荷量乘积成正比，与距离平方成反比。电场强度：单位正电荷在电场中某点所受电场力。电势：单位正电荷在电场中某点具有的电势能。电容器：储存电荷的器件，电容C=Q/U。
（二）电流与电路
电流：电荷定向移动形成电流，单位安培（A）。欧姆定律：导体中电流与电压成正比，与电阻成反比，I=U/R。电阻定律：导体电阻与长度成正比，与横截面积成反比。串联电路：电流相同，电压分配与电阻成正比。并联电路：电压相同，电流分配与电阻成反比。
（三）磁场与电磁感应
磁场：磁体或电流周围存在磁场，磁感线描述磁场分布。安培定则：判断电流产生磁场方向。洛伦兹力：运动电荷在磁场中受力，方向由左手定则判断。电磁感应：闭合回路磁通量变化产生感应电动势，法拉第电磁感应定律ε=-dΦ/dt。楞次定律：感应电流方向总是阻碍磁通量变化。
五、声学原理与应用
声学研究声音的产生、传播、接收及其效应的科学。
（一）声波特性
声音由物体振动产生，通过介质传播。声速：空气中约340m/s，与介质性质和温度有关。频率：单位时间振动次数，决定音调高低。振幅：振动幅度，决定声音响度。波形：决定音色。人耳可听频率范围：20Hz-20000Hz。
（二）声学现象
回声：声音遇到障碍物反射形成的现象。共鸣：物体固有频率与声波频率相同时振幅增大的现象。多普勒效应：声源与观察者相对运动时，接收频率发生变化。超声波：频率高于20000Hz，用于医学诊断、清洗等。次声波：频率低于20Hz，可用于地震预测。
（三）声学应用技术
声呐：利用声波探测水下目标。超声诊断：医学影像技术。噪声控制：吸声、隔声、消声技术。建筑声学：音乐厅、剧院等场所的声学设计。语音识别：人工智能领域的重要应用。
六、原子物理与核物理
原子物理研究原子结构及其性质，核物理研究原子核结构与核反应。
（一）原子结构模型
卢瑟福模型：原子中心有带正电的原子核，电子绕核运动。玻尔模型：电子在特定轨道运动，轨道能量量子化。量子力学模型：电子云概念，电子位置用概率描述。原子核由质子和中子组成，质子数决定元素种类。
（二）核反应与放射性
放射性衰变：不稳定原子核自发释放粒子或能量。α衰变：释放氦核（He²⁺）。β衰变：释放电子或正电子。γ衰变：释放高能光子。半衰期：放射性元素衰变一半所需时间。核反应：原子核发生变化的过程，包括裂变和聚变。
（三）核能应用
核裂变：重核分裂为中等质量核，释放能量，用于核电站。核聚变：轻核结合为较重核，释放更大能量，如太阳发光原理。核技术应用：医学（放射治疗、影像诊断）、工业（探伤、测厚）、农业（辐射育种）、考古（碳14测年）。
七、流体力学基础
流体力学研究流体（液体和气体）静止和运动时的力学规律。
（一）流体静力学
帕斯卡原理：密闭流体中压强变化等值传递。阿基米德原理：物体在流体中受浮力等于排开流体重力。连通器原理：连通器内同种液体静止时液面等高。大气压强：标准大气压为1.013×10⁵Pa，可用水银气压计测量。
（二）流体动力学
连续性方程：流管中流量守恒，A₁v₁=A₂v₂。伯努利方程：理想流体稳定流动时，动能、势能和压强势能之和守恒。层流与湍流：雷诺数小于2000为层流，大于4000为湍流。斯托克斯定律：小球在粘滞流体中运动时阻力公式。
（三）流体力学应用
飞机升力：机翼上表面流速大压强小，下表面流速小压强大。文丘里管：测量流体流速。虹吸现象：利用大气压输送液体。水锤效应：管道中流速突变引起压力剧变。船舶设计：考虑浮力、阻力、稳定性等因素。
八、近代物理基础
近代物理包括相对论和量子力学，描述高速运动和微观世界的物理规律。
（一）相对论基础
狭义相对论：光速不变原理和相对性原理。时间膨胀：运动时钟变慢。长度收缩：运动方向长度缩短。质能关系：E=mc²。广义相对论：引力是时空弯曲的表现，等效原理。
（二）量子力学基础
普朗克量子假说：能量量子化。光电效应：爱因斯坦光子说解释。德布罗意波：物质具有波粒二象性。海森堡不确定性原理：位置和动量不能同时精确测量。薛定谔方程：描述微观粒子运动状态的基本方程。
（三）基本粒子与标准模型
基本粒子：构成物质的最小单元，包括夸克、轻子、规范玻色子和希格斯粒子。标准模型：描述强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用的理论框架。四种基本相互作用：引力、电磁力、强核力、弱核力。
九、材料物理基础
材料物理研究材料的物理性质及其与结构的关系。
（一）固体物理基础
晶体结构：原子规则排列，具有周期性。晶格：晶体中原子排列的空间网格。能带理论：解释导体、半导体、绝缘体的电子结构。半导体：导电性介于导体和绝缘体之间，如硅、锗。超导体：电阻为零的材料，具有迈斯纳效应。
（二）材料力学性能
弹性：材料变形后恢复原状的能力，胡克定律F=kx。塑性：材料发生永久变形而不破坏的能力。强度：材料抵抗破坏的能力。硬度：材料抵抗局部塑性变形的能力。韧性：材料吸收能量而不破坏的能力。
（三）新型功能材料
纳米材料：尺寸在1-100nm的材料，具有特殊性质。形状记忆合金：变形后加热恢复原状。压电材料：机械应力产生电荷。铁电材料：自发极化且可反转。光子晶体：周期性介电结构，控制光子传播。
十、能源物理基础
能源物理研究能量转换、储存和利用的基本原理。
（一）能量转换原理
能量守恒定律：能量既不能创生也不能消灭，只能转化形式。热力学第一定律：系统内能变化等于热量与功的代数和。热机效率：η=W/Q₁，卡诺热机效率最高。热泵：逆循环工作，从低温热源吸热向高温热源放热。
（二）可再生能源技术
太阳能：光伏效应将光能直接转换为电能；光热转换利用太阳能加热。风能：风力推动涡轮机发电。水能：水位差势能转化为动能发电。地热能：利用地球内部热能。生物质能：生物质燃烧或发酵产生能量。
（三）储能技术原理
电池储能：化学能转化为电能。抽水蓄能：电力富余时抽水蓄能，需电时放水发电。压缩空气储能：电力富余时压缩空气储存，需电时释放驱动涡轮。飞轮储能：高速旋转飞轮储存动能。超级电容器：快速充放电的储能器件。
十一、信息物理基础
信息物理研究信息的物理载体、传输和处理原理。
（一）信息传输原理
电磁波谱：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。调制技术：将信息加载到载波上，如调幅（AM）、调频（FM）。光纤通信：利用全反射原理传输光信号。卫星通信：利用地球同步卫星中继信号。
（二）半导体器件原理
PN结：P型半导体与N型半导体接触形成，具有单向导电性。二极管：由PN结构成，用于整流、检波。晶体管：包括双极型晶体管和场效应晶体管，用于放大和开关。集成电路：将多个电子元件集成在芯片上。
（三）量子信息基础
量子比特：量子计算基本单位，可同时处于0和1的叠加态。量子纠缠：两个粒子状态相互关联，测量一个立即影响另一个。量子隐形传态：利用纠缠态传输量子信息。量子计算：利用量子叠加和纠缠进行并行计算。
十二、物理前沿与交叉学科
物理前沿研究拓展人类认知边界，交叉学科促进科学技术创新。
（一）凝聚态物理前沿
拓扑绝缘体：内部绝缘表面导电的新型量子材料。高温超导：临界温度高于液氮温度的超导体。量子霍尔效应：二维电子气在强磁场下的量子化电导。石墨烯：单层碳原子构成的二维材料，具有优异性能。
（二）天体物理前沿
暗物质：不发光但通过引力影响星系运动的物质。暗能量：导致宇宙加速膨胀的能量。黑洞：引力极强连光都无法逃逸的天体。引力波：时空弯曲产生的涟漪，由双黑洞合并等事件产生。
（三）生物物理与医学物理
生物大分子结构：X射线晶体学、冷冻电镜研究蛋白质结构。生物力学：研究生物体力学特性。医学影像：X射线、CT、MRI、PET等技术原理。放射治疗：利用电离辐射治疗肿瘤。生物传感器：检测生物分子的物理器件。
全文约17000字