物理_温宁花温盛伟主编.pdf

书书书图书在版编目(C I P)数据物理/温宁花，温盛伟主编 南昌:江西高校出版社，2012 7ISBN 978 7 5493 1302 0.物 .温 温 .物理学 高等学校 教材.04中国版本图书馆 CIP 数据核字(2012)第 178050 号出 版 发 行社址邮 政 编 码总编室电话销 售 电 话网址印刷照排经销开本印张字数版次印数书号定价江西高校出版社江西省南昌市洪都北大道 96 号330046(0791)88504319(0791)88513417www juacp com南昌市光华印刷有限责任公司江西太元科技有限公司照排部各地新华书店787mm 960mm1/1619 5320 千字2012 年 7 月第 1 版第 1 次印刷1 5000 册ISBN 978 7 5493 1302 029 80 元赣版权登字 07 2012 783版权所有侵权必究书书书编 写 说 明物理学是自然科学的基础之一，它的研究成果和方法被应用于自然科学的各个领域;物理学是现代技术的重要基础，许多高新技术的发展都与物理学密不可分;物理学对人类社会的进步起着十分重要的作用，历史上许多与物理学直接相关的重要技术发明，推动了社会的发展。因此，物理学是一门重要的基础课程。本书以江西省教师教育物理课程标准为依据，针对初中起点五年制专科学生编写。在教学内容上做到难度适中，既注重基础，又通过生活常识、时代与科学技术发展的热点来拓展知识面;重视知识传授，更强调能力培养，适当增加实验实践环节，体现探究、自主和协作学习的能力;在教学理念上充分考虑了与初中物理教材和教学的衔接，力求循序渐进。全书共分十一章，其中第一章和第三章由卢于辉编写，第二章由韩和舟编写，第四章由蒋利强编写，第五章由林庆华编写，第六章和序言由温盛伟编写，第七章和第九章由伊茂明编写，第八章由刘润华编写，第十章由张敏芳编写，第十一章由刘宗晟编写，温宁花、温盛伟负责全书的统稿工作。本书既可作为高职高专院校初中起点五年制专科学生物理教材，也可以作为三年制中专相关专业物理教材和参考书。本书在编写过程中，参阅了大量相关文献和书籍，在此一并表示感谢。同时感谢江西高校出版社黄红冈编辑为本书付出的劳动。尽管我们付出了艰辛的劳动来确保本书的质量，但由于水平有限、时间紧，本书疏漏、不足之处在所难免，敬请批评指正。编者2012 年 6 月书书书序言为什么要学习物理?因为物理就在我们的身边!我们身边的许多事件，都会与物理有直接或间接的关系。物理正在改变着我们的生活，物理正在改变着我们的世界。可以说，我们周围的所有一切，都离不开物理知识。同学们将来要从事教育工作，也要能解释小朋友提出的许多跟物理有关的问题(图 1、图 4)。图 1飞机为什么能在天上飞?图 2音乐喷泉为什么会随着音乐跳舞?图 3翻滚过山车为什么不会掉下来?图 4早上的太阳为什么是红色的?所以，作为 21 世纪的学生，不仅要踊跃学习物理知识，还要用所学的物理知识，让自己的生活、工作更美好，为社会作出更大的贡献。物理学是研究物质结构和运动基本规律的学科。物理学有许多分支，包括力学、热学、电磁学、光学、原子物理学等。物理学的研究范围十分广泛。从微乎其微的基本粒子(像夸克、中微子、电子)到庞大无比的超星系团，都是物理学的研究对象。图 5“蛇吞尾”图形象地表示了物理学研究的物质世界的空间尺度。图 5物质时间的空间尺度物理学是自然科学的基础之一，物理学的研究成果和研究方法，在自然科学的各个领域都起着重要的作用。物理学还是现代科学技术的基础，许多高新技术，如电子计算机技术(图 6)、通信技术(图 7)、生物技术(图 8)、激光技术(图 9)、空间技术(图 10)、核技术(图 11)等，都跟物理学的发展密不可分。图 6我国研制的首台千万亿次超级计算机系统“天河一号”2物理图 7卫星通信图 8DNA 技术图 9激光手术3序言图 10我国的神舟飞船与天宫一号对接模拟图图 11我国的秦山核电站物理学对推动社会发展有重要作用。如蒸汽机的发明与使用，使人类社会进入了机械化时代;电学的研究与应用，使人类社会进入了电气时代;原子核物理的研究与应用，使人类社会进入了核能时代;电子计算机的诞生和飞速发展，使人类社会进入了信息时代，它对人类社会的影响是不可估量的。总之，物理学的应用已经渗透到社会生活的各个方面，跟现代社会生活的关系越来越密切。物理学研究问题的方法对于研究科学具有普遍意义。研究物理学，要在观察、实验的基础上，经过分析、推理、判断，提出假说，然后设计实验，用实验验证、充实或修改假说，形成理论，并且在理论与实际的结合中不断地发展。学习物理可以使你养成科学态度，学到研究问题的方法，提高科学思维的能力。希望同学们努力学好物理这门课程。4物理书书书目录第一章运动和力第一节路程、位移和速度第二节加速度第三节匀变速直线运动的规律第四节牛顿第一定律第五节力第六节力的合成与分解第七节牛顿第二定律第八节牛顿第三定律学生实验一研究合力跟分力的关系第二章曲线运动万有引力第一节抛体运动第二节圆周运动第三节离心现象第四节天体的运动万有引力定律第五节人造卫星宇宙速度1目录第三章物体的转动与平衡第一节转动和力矩第二节有固定转动轴的物体的平衡第三节平衡的种类第四章力学中的守恒定律第一节功和功率第二节物体的势能第三节动能和动能定理第四节机械能守恒定律第五节冲量和动量第六节动量定理第七节动量守恒定律第五章振动和波声学第一节简谐运动第二节单摆第三节外力作用下的振动共振第四节机械波第五节波的衍射和干涉第六节有趣的声学现象第七节次声波和超声波学生实验二用单摆测定重力加速度第六章热学第一节物体是由大量分子组成的第二节分子的热运动2物理第三节分子间的作用力第四节物体的内能第五节能量守恒定律第六节固体第七节液体及其重要性质第八节气体及其状态参量第七章静电场第一节电荷及其守恒定律第二节库仑定律第三节电场电场强度第四节电容器第五节电流和电源第六节串并联电路第七节电流的热效应第八章磁场第一节磁场第二节磁场对通电导线的作用 安培力第三节磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力第四节磁性材料第五节电磁感应现象第六节法拉第电磁感应定律第七节交变电流第八节变压器和高压输电第九节自感现象涡流学生实验三研究电磁感应现象3目录第九章电磁波第一节电磁波的发现第二节电磁波的发射与接收第三节电磁波与信息社会第四节电磁波谱第十章光学第一节光的直线传播第二节光的反射和折射第三节全反射第四节光的色散第五节物体的颜色第六节光的干涉和衍射第七节光电效应光的波粒二象性第八节激光学生实验四测定玻璃的折射率学生实验五光的全反射第十一章原子和原子核第一节原子的核式结构原子核第二节玻尔的原子模型能级第三节天然放射现象衰变第四节放射性的应用与防护第五节核反应核能第六节裂变和聚变主要参考文献4物理书书书第一章运动和力自然界的物体都在运动。河流，大海，行驶的车辆，飞翔的小鸟，就连我们通常认为不动的物体，比如高山、桥梁、房屋等等也随着地球一起自转和公转。物体相对于其他物体的位置变化獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉，叫机械运动獉獉獉獉獉，简称运动獉獉獉獉。在力学中，只描述运动规律的部分，叫做运动学，研究运动和力的关系的部分叫做动力学。力学是物理学的基础，我们要学好这一部分知识，为将来的学习打下坚实的基础。第一节路程、位移和速度参考系宇宙中的一切物体都在不停地运动着。要描述一个物体的运动，需要以某个物体作参考。这个被选作参考的物体叫做参考系獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉。如果一个物体相对参考系的位置发生了变化，就表明这个物体的相对参考系是运动的;如果一个物体相对参考系的位置没变化，则这个物体的相对参考系是静止的。通常研究地面上运动物体时，可以用地面作参考系。可见，我们所描述的运动，是相对运动，即相对于参考系的运动。参考系可以任意选择。同一个物体的运动，如果选取的参考系不同，描述的结果也不同。又如，坐在奔驰的汽车里的乘客，如果以车厢为参考系，他是静止的;如果以地面为参考系，他是随车厢一起运动的。所以，要描述物体的运动，必须明确是以什么物体为参考系的。在不指明参考系时，通常是以地球为参考系的。质点研究物体的运动时，首先要确定物体的位置，物体都有一定的大1第一章运动和力小和形状，物体的不同部分在空间的形状都不同，在运动中，物体的各部分的位置变化一般来说也是各不相同的。所以要详细描述物体的位置及其变化情况并不是一件简单的事情。但是在某些情况下却可以不考虑物体的大小和形状，从而使问题简化。又如，一辆火车由北京开往天津，当我们讨论火车的运行速度或运行时间这类问题时，由于列车的长度比北京到天津的距离小得多，就可以不考虑列车的长度。又如，当我们讨论地球的公转时，由于地球的直径比太阳到地球小得多，并且不涉及地球的自转，也可以不考虑地球的大小和形状。在这些情况下，我们可以把物体可以看做一个有质量的点，或者说，可以用一个有质量的点来代替整个物体。用来代替物体有獉獉獉獉獉獉獉质量的点叫做质点獉獉獉獉獉獉獉獉。【想一想】什么条件下可以把物体看成是质点?一个物体能不能看做质点，要看问题的具体情况而定。在上述的火车的例子中，可以把火车看做一个质点;但是，如果研究列车通过某个标志所用的时间，就必须考虑列车的长度，而不能把列车看做质点，而在研究地球的自转时，我们不能忽略地球的形状和大小，当然不能把地球当质点了。路程和位移研究物体时，通常要知道物体经过的路程，路程是物体运獉獉獉獉獉獉动轨迹的长度獉獉獉獉獉獉。例如，计算从北京运往上海的货物运费时，就要知道火车从上海到北京运动轨迹的长度。这个轨迹的长度，就是它的路程。但是，研究物体的运动时，有时更关心物体到达的位置与初位置间的直线距离。例如，在测量运动员的跳远成绩时，不测量他的路程，而是测量起跳点到落地点的距离。研究飞机的航线时，也不研究它的路程，而是关心它到达的位置与起飞点的距离，并且还要知道它的飞行方向，因为如果不知道飞行方向，只知道飞行距离，同样不能确定飞机到达的位置。因此，物理学中引入了位移的概念，来表示物体的运动。从物体的初始位置指向末位置獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉的有向线段獉獉獉獉獉，叫做物体的位移獉獉獉獉獉獉獉。在国际单位制中，位移的单位是米，符号是m。如果运动员起跳位置在 A 点，末位置在 B 点，由 A 点指向 B 点的有向线段 AB 就是他跳远的位移(图 1 1)。如果跳远成绩为 5m，以 1cm 长的线段表示 1m 的长度。跳远的位移可以用一条有向线段表示，线段的长度代表位移的大小，箭头的方向代表位移的方向。2物理图 1 1【想一想】为什么在已有路程的概念的情况下还要引入位移的概念?速度大家都知道兔子比乌龟跑得快;但是在龟兔赛跑的故事中兔子却输了。到底它们谁运动得快呢?要说清楚这个问题。必须研究运动快慢的描述方法。大家已经知道，物理学中用速度表示运动的快慢。物体的位獉獉獉獉移跟发生这一位移所用的时间的比值獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉，叫做物体运动的速度獉獉獉獉獉獉獉獉獉，即v=st(1 1)(1 1)式中 v 表示质点的速度，s 表示质点的位移，t 表示发生这个位移所用的时间。在国际单位制中，速度的单位是米每秒，符号是 m/s。常用的单位还有km/h(千米每小时)、cm/s(厘米每秒)等。速度不但有大小，而且有方向。速度的大小叫速率獉獉獉獉獉獉獉獉。实际上，物体的运动速度往往是变化的。例如，火车出站时的运动越来越快;进站时的运动越来越慢，最后停下，这种运动叫做变速运动。对于变3第一章运动和力速运动来说，(1 1)式中所表示的就是物体的平均速度。平均速度并不能表示物体在某一时刻或某一位置的运动的快慢，所以，另一种方法是用瞬时速度来描述变速运动。在测定平均速度时，如果所取的位移或时间非常短，在这段位移上的物体的运动不会发生很大的变化，那么，这样测出的速度就可以看做是物体通过这个位置时的速度。运动物体经过某一时刻的速度獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉獉，叫做这一时刻獉獉獉獉獉獉(或这一瞬间獉獉獉獉獉)的瞬时速獉獉獉獉度獉。汽车上用速度计来测量瞬时速度。速