经全国中小学教材审定委员会 2004年初审通过 普通高中课程标准实验教科书 物理 必修 人民教育出版社课程教材研究所编著 物理课程教材研究开发中心 ①人点社 www.fineprintc
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总主编:张大昌 副总主编:彭前程 主编:张维善 编写人员:黄恕伯孙新张维善 绘图:王凌波张傲冰张良 责任编辑:张颖 版式设计:马迎莺 审读:王存志 普通高中课程标准实验教科书 物理2 必修 人民教育出版社课程教材研究所 物理课程教材研究开发中心编著 人A“丝出版发行 (北京沙滩后街55号邮编:100000 网址http://www.pepcomcn 八印刷厂印装全国新华书店经销 开本:890毫米x1240毫米1/16印张:5.75字数:100000 2004年5月第1版2004年7月第次印刷 G·10740(课)定价:7.80元 著作权所有·请勿擅用本书制作各类出版物·违者必究 如发现印、装质量问题,影响阅读,请与出版社联系调换。 (联系地址:北京市方庄小区芳城园三区13号楼邮编:10078) DF文件使用 parractory Pro试用版本创建ww, fineprint,cm
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目录 第五章机械能及其守恒定律 1.追寻守恒量 功 3.功率 4.重力势能 5.探究弹性势能的表达式 6.探究功与物体速度变化的关系 16 7.动能和动能定理 8.机械能守恒定律 9.实验:验证机械能守恒定律 10.能量守恒定律与能源 27 第六章曲线运动 3 1.曲线运动 2.运动的合成与分解 3.探究平抛运动的规律 38 4.抛体运动的规律 41 5.圆周运动 6.向心加速度 7.向心力 8.生活中的圆周运动 第七章万有引力与航天 61 1.行星的运动 2.太阳与行星间的引力 3.万有引力定律 4.万有引力理论的成就 72 5.宇宙航行 74 6.经典力学的局限性 课题研究 课外读物及网站推荐 PDF文件使用" pairactory Pro"试用版本创建sw. fineprint. c
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物理学的任务是发现普遍的自然規律,因 为这样的规律的最简单的形式之一表現为某种 物理量的不性,所以对于守恒量的寻求不仅 是合理的,而且也是极为重要的研究方向 梦厄 第五章机械能及其守恒定律 任何人类活动都离不开能量。例如,现代化的生活离不开电厂供应的电膨;现代交通离不开汽油燃 娆释放的化学能;核电站要利用某些原子核裂变时释放的核能;人类生活需要摄入良物中的化学能;植 物的生长依赖太阳能… 在长期科学实践中,人类已经建立起各种形式的能量概念及其量度的方法,如动能、势能、电磁 能、核能等等,并目发现不同形式的能量可以互相转化,在转化过程中遵从能量守恒这个基本原理。 这章我们要研究的,就是动能、势能及其相互转化的规律 ①劳厄( Max Theodor Felix von Laue,1879-1960),德国物理学家,诺贝尔物理学奖获得者。他首先用晶体对X 射线的衍射来研究晶体,并由此证明了X射线的波动性。 PDF文件使用" pairactory Pro"试用版本创建sw, fineprint. c
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高中物理第二册 追寻守恒量 诺贝尔物理学奖获得者费恩曼曾说:“有一个事实,如果你愿 意,也可说一条定律,支配着至今所知的一切自然现象……这条 定律称做能量守恒定律。它指出有某一个量,我们把它称为能 量,在自然界经历的多种多样的变化中它不变化。那是一个最抽 象的概念…… 然而,正是这个最抽象的概念,却是物理学中最重要,意义 也最深远的概念之 能量”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一,但是在牛 顿之前,我们就能发现它的萌芽。能量及其守恒的思想,在伽利 略的实验中(图5.1-1)已经显现出来了。 图51-小球停下时的高度与它出发时的高度相同 科学概念的力量在于它 在这个实验中,小球一滚下斜面A,它就要继续滚上另一个 具有解释和概括一大类自然斜面B。重要的是,伽利略发现了具有启发性的事实:无论斜面B 现象的能力,在这方面能量比斜面A陡些或缓些,小球最后总会在斜面上的某点停下来, 意的作用十分独特,这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同。看起来,小 球好像“记得”自己起始的高度。然而,“记得”并不是物理学的语 言。在物理学中,我们把这一事实说成是“有某一量是守恒的”, 并且把这个量叫做能量( energy)或能。 当伽利略把小球从桌面提高到起始点的高度时,他赋予小球 种形式的能量,我们称它为势能( potential energy),并且可以 说:相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能。 当伽利略释放小球后,小球开始运动,获得速度,当它到达 斜面的底部时,已经处于桌面的平面上。以前由于它在桌面上方 的某一高度而具有的势能,现在已经消失。但是,小球获得了运 图512被举高的物体具有势能动。这个事实可以理解为,势能并未丢失,而是转化成另一种形 PDF文件使用" parractory Pro′试用版本创建ww, fineprint,cn
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式的能量,我们称它为动能( kinetic energy),并且可以说:物体第 由于运动而具有的能量叫做动能。 当小球继续沿斜面B升高时,它会变慢,因而不断失去动能;章 但它的高度在增加,势能不断被"回收”当小球最后静止下来机 时,其全部动能都转化成势能,小球相对桌面的高度又达到它在 实验起始时的高度。 图51-3运动的物体具有动能 如果不釆用能量的概念,我们也可以利用以前的语言来描述 这个实验。我们可以说:“为了提高小球,伽利略施加了与重力相 反的力。当他释放小球时,重力使小球滚下斜面。在斜面的底部, 小球由于惯性而滚上斜面B。” 但是,这样的描述不能表达一个最重要的事实:如果空气阻 力和摩擦力小到可以忽略,小球必将准确地终止于同它开始点相 同的高度,决不会更高一点,也决不会更低一点。这说明某种“东 西”在小球运动过程中是不变的,这个“东西”就是能量。 引入能量的概念是在物理学发展中追寻守恒量的一个重要事 例 伽利略的斜面实验使人们认识到引入能量概念的重要性,同 时也提出了值得思考的问题:势能和动能如何定量地量度?势能 和动能的转化是怎样进行的 问题与练习 举出生活中的一个例子,说明不同形式的机械能之间可以相互转化。你的例子 是否向我们提示,转化过程中能的总量保持不变? 功 功 在认识能量的历史过程中,人们建立了功(work)的概念, 因而功和能是两个密切联系的物理量,即如果物体在力的作用下 能量发生了变化,那么这个力一定对物体做了功。 DF文件使用 parractory Pro试用版本创建ww, fineprint,cm
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高中物理第二册 甲货物在起重机的作 乙列车在机车牵引 丙握力器在手的压力 用下重力势能增加了 下动能增加了 下弹性势能增加了 图5.21如果物体在力的作用下能量发生了变化,这个力一定对物体做了功。 在学习初中物理时我们就已经跨越了历史的长河,认识到 一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,这个 二力就对物体做了功起重机提起货物,货物在起重机拉力的作用 下发生一段位移,拉力就对货物做了功。列车在机车的牵引力作 图52-2如果力的方向与位 用下发生一段位移,牵引力就对列车做了功。用手压缩弹簧时, 移的方向一致,功等于力的 大小与位移大小之积。 弹簧在手的压力下发生形变,也就是产生了一段位移,压力就对 弹簧做了功。可见,力和物体在力的方向上发生的位移,是做功 的两个不可缺少的因素 如果物体在力的作用下位 在物理学中,如果力的方向与物体运动的方向一致,如图 移增加0了△l那么力所做的功5.2-2,我们就说:功等于力的大小与位移大小的乘积。用F表示 相应地增加△W=F△l 力的大小,用l表示位移的大小,用W表示力F所做的功,则有 W=FI 当力F的方向与运动方向成某一角度时(图52-3),可以把力 F分解为两个分力:跟位移方向一致的分力F,跟位移方向垂直 的分力F2。设物体在力F的作用下发生的位移的大小是l,则分 力F所做的功等于Fl。分力F2的方向跟位移的方向垂直,物体 图523当力与位移之间有夹角在F1的方向上没有发生位移,F2所做的功等于0因此,力F对 a时,力所做的功是W= FIcos a 物体所做的功W等于Fl,而F= Fcos a,所以 W=Flos a 这就是说,力对物体所做的功,等于力的大小、位移的大小、力 与位移夹角的余弦这三者的乘积。 功是标量。在国际单位制中,功的单位是焦耳( joule),简称 焦,符号是J。1J等于1N的力使物体在力的方向上发生1m的位 移时所做的功,所以 lJ=1N×1m=1N.m DF文件使用" parractory Pro"试用版本创建ww, fineprint.cn
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正功和负功 现在我们讨论一个力做功时可能出现的各种情形。 第五章 (1)当a=时,cosa=0,W=0,这表示力F的方向跟位移 l的方向垂直时,力F不做功。例如,物体在水平桌面上运动,重能 力G和支持力都跟位移方向垂直,这两个力都不做功(图524.福 (2)当a0,W>0。这表示力F对物体做正律 功。例如,人用力拉车前进时,人的拉力F对车做正功(图52-5)。 (3)<a≤π时,cosa<0,W<0。这表示力对物体做负 功。例如,推着小车跑动的人,到达目的地减速时,人向后拉车 的力F对车做负功(图526)。 G 图524a=,重 图525a< 图526正<a≤ 力,支持力不做功 人的拉力做正功 人的拉力做负功 某力对物体做负功,往往说成“物体克服某力做功”(取绝对 值)。这两种说法的意义是等同的。例如,竖直向上抛出的球,在 向上运动的过程中,重力对球做负功,可以说成“球克服重力做 功”。汽车关闭发动机以后,在阻力的作用下逐渐停下来,阻力 对汽车做负功,可以说“汽车克服阻力做功”。 当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时,这几个力对 散一做① 物体所做的总功,等于各个力分别对物体所做功的代数和。可以 证明:几个力对一个证明,它也就是这几个力的合力对物体所做的功 物体做功的代数和,等于 这几个力的合力对这个 物体所做的功。 例题》一个质量m=150kg的雪橇,受到与水平方向成 0=37°角斜向上方的拉力F=500N,在水平地面上移动的距离 ①本书中,“做一做”栏目和“说一说”栏目,其中的内容是扩展性的,不是基本教学内容。同学们可根据自己的条 件在老师的指导下选择学习。 5 DF文件使用 parractory Pro试用版本创建ww, fineprint,cm
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高中物理第二册 运动方向 =5m(图52-7)。物体与地面间的滑动摩擦力Fa=100N求力对 物体所做的总功。 分析雪橇受到的重力与支持力沿坚直方向,不做功。拉力 F可分解为水平方向和竖直方向的两个分力,竖直方向的分力与 图527求拉力和摩擦 运动方向的夹角为90°,不做功,所以力对物体所做的总功为拉 力对雪橇所做的总功 力的水平分力和阻力所做的功的代数和。 解拉力在水平方向的分力为F,=Feos37°,它做的功为 W1=Fl= FI cos37° 摩擦力与运动方向相反,它做的功为负功 w2=-Fal 力对物体所做的总功为二者之和,即 W=W+W2= Ficos37°-Fal 把数值代入,得 W=1500J 雪橇受的力所做的总功是1500J 问题与练习 1.图52.8表示物体在力F的作用下在水平面上发生了一段位移,分别计算这三种情 形下力对物休做的功。设这三种情形下力和位移的大小都相同:F=10N,l=2m。 角O的大小如图所示 甲=150° 乙B=30° 丙0=30° 图5.28分别计算力F所做的功 2.用起重机把重量为20×10N的物体匀速地捉高了5m,钢绳的拉力做了多少功? 重力做了多少功?物体克服重力做了多少功?这些力所做的总功是多少? 3.一位质量m=60kg的滑雪运动员从高和=10m的纤坡自由下滑,如果运动员在下滑 过栏中所受到的阻力F=50N,斜坡的倾角θ=30°,运动员滑至坡底的过程中,所 受的几个力所做的功各是多少?这些力所做的总功是多少? 4.一个重量为10N的物体,在15N的水平拉力的作用下,一次在光滑水平面上移动 0.5m,另一次在粗糙水平面上移动相同的距离,粗糙面与物体间的动摩擦因数为 02,在这两种情况下,拉力所做的功各是多少?拉力所做的功是否相同?各个力对O 物体所做的总功是否相同? PDF文件使用" parractory Pro′试用版本创建ww, fineprint,cn
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功率 第五章机械能守 功率 力是一个物体对另一物体的作用,所以,我们说力对物体做 功,实际上是指一个物体对另一个物体做功。 不同物体做相同的功,所用的时间往往不同,也就是说,做 功的快慢并不相同。一台起重机能在1min内把1t货物提到预定 的高度,另一台起重机只用30s就可以做相同的功,第二台起重 机比第一台做功快一倍。 “从开始计时到时刻! 在物理学中,做功的快慢用功率表示。如果从开始计时到时 这段时间间隔为1-0,就再刻t这段时间间隔内,一个力所做的功为W,则功W跟完成这 于 些功所用时间t的比值叫做功率( power)。用P表示功率,则有 W P 在国际单位制中,功率的单位是瓦特(wat1),简称瓦,符号 是W。1W=1J/s。瓦这个单位比较小,技术上常用千瓦kW)做 功率的单位,1kW=1000W。 说一说① 各种机器实际输出的功率常随时间变化,因此有平均功率与瞬时功率之分。(1)式中,t等于从计时 开始到时刻t的时间间隔,W是力在这段时间内做的功,所以(1)式中的P实际上是这段时间的平均功 率。如果我们要表示瞬时功率与功、时间的关系,(1)式应该怎样改写? 额定功率和实际功率 电动机、内燃机等动力机械都标有额定功率,这是在正常条 件下可以长时间工作的功率。实际输出功率往往小于这个数值例 如,某汽车内燃机的额定功率是97kW,但在平直公路上中速行 驶时,发动机实际输出的功率只有20kW左右。在特殊情况下, 例如越过障碍时,司机通过增大供油量可以使实际输出的功率大 于额定功率,但这对发动机有害,只能工作很短时间,而且要尽 量避免。 ①本书中,“说一说”栏目和“做一做”栏目,其中的内容是扩展性的,不是基本教学内容。同学们可根据自己的 条件在老师的指导下选择学习。 DF文件使用" pdrractory Pro"试用版本创建ww, fineprint.cn
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