普通高中教科书·物理必修 第一册.pdf

物理?普 通 高 中 教 科 书第一册必 修扉页 高中物理必修第一册.indd 12019/8/15 10:47主编陈熙谋吴祖仁本册主编 管寿沧陶洪本册编者 （按姓氏笔画排序）叶兵苏建东张飞张惠钰 莫永超曹宏彭兆光出 版 人李东责任编辑莫永超版式设计李勤学 郝晓红 责任校对贾静芳责任印制叶小峰普通高中教科书物理必修第一册WULI BIXIU教育科学出版社出版发行（北京朝阳区安慧北里安园甲9 号）邮编：1 0 0 1 0 1市场部电话：0 1 0-6 4 9 8 9 0 0 9 0 1 0-6 4 8 9 1 7 9 6（传真）编辑部电话：0 1 0-6 4 9 8 9 5 3 7 0 1 0-6 4 9 8 9 5 1 9（传真）编辑部邮箱：w u l i e s p h.c o m.c n网址：h t t p：/w w w.e s p h.c o m.c n 各地新华书店经销天津市光明印务有限公司印装开本：8 9 0 毫米1 2 4 0 毫米1/1 6 印张：8.7 52 0 1 9 年9 月第1 版2 0 2 1 年1 月第4 次印刷I S B N 9 7 8-7-5 1 9 1-1 9 6 8-3 定价：1 0.1 0 元批准文号：京发改规2 0 1 6 1 3 号价格举报电话：1 2 3 1 5如有印装质量问题，请到所购图书销售部门联系调换。附录 131后记 132走进物理学 I第三章相互作用1.力重力 5 82.弹力 6 43.摩擦力 6 94.力的合成 7 75.力的分解 8 26.共点力作用下物体的平衡 8 6反思小结交流9 1本章复习题9 1第四章牛顿运动定律1.牛顿第一定律 9 42.探究加速度与力、质量的关系 1 0 03.牛顿第二定律 1 0 64.力学单位制 1 1 05.牛顿第三定律 1 1 56.牛顿运动定律的应用 1 2 17.超重与失重 1 2 6反思小结交流 1 2 9本章复习题 1 3 0第二章匀变速直线 运动的规律1.匀变速直线运动的研究 3 02.匀变速直线运动速度与时间的 关系 3 53.匀变速直线运动位移与时间的 关系 3 94.匀变速直线运动规律的应用 4 35.自由落体运动 4 8反思小结交流5 5本章复习题5 6第一章描述运动的 基本概念1.参考系 时间 质点 22.位置 位移 73.位置变化的快慢与方向速度 1 34.实验：用打点计时器测量小车的 速度 1 85.速度变化的快慢与方向加速 度 2 1反思小结交流2 7本章复习题2 8陈熙谋 吴祖仁刘炳管寿沧叶 兵 李 容王永生 刘晓晴 丁 骏 马宇澄王 瑜 仲新元 杨树崤 周中森徐祥宝 薛祝其郑 军 莫永超主编副主编本 册 主 编本 册 副 主 编本 册 执 笔 人本册责任编辑:走进物理学物理是物质世界结构和运动的道理小到肉眼看不见的微观粒子和它们的相互作用，大到天体和星系的过去与未来，都遵循一些基本的规律。物理学家们从自然现象中发掘出这些道理。物理学中只有少数来自科学实验和生产实践的“大道理”，它们却管着物质世界所有的“小道理”。学习物理学，就是要学会用少数大道理，说明白许多小道理；要学习物理学家观察世界的思想、方法和态度，善于观察和思考，努力追根溯源、探求真理，不盲从，不迷信。I物理学是现代科学技术的基础每一个现代人的生活和工作都离不开物理。从汽车里的油路、气路、电路，传感、传动、制动，到自动控制和无人驾驶；从智能手机里几十亿个三极管的集成芯片，到使用激光的许多医疗设备，还有CT和B超这些都是物理学研究成果的应用。而今天的物理实验室正在为明日的高新技术创造条件。现在，人们很重视交叉学科，事实上其中的许多交叉是以物理学为基础和依托，最终发展成独立的领域。想一想地球物理、大气物理、海洋物理、天体物理、生物物理、半导体物理、工程热物理等这些带着物理“复姓”的学科，就能悟出这个道理。同学们将来无论从事什么工作，物理学都是必要的基础。II物理课堂，是鼓励质疑和激励探究的乐园走进这里的每一个人，首先自己要对物理有兴趣，要善于从日常生活和周围环境中提出问题，联系物理。1.为什么谁也没有在地球上看见过足球那么大的雨点？2.赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞？雨后复斜阳，关山阵阵苍。为什么恰好“斜”到42度半？3.巨树临风，大枝小叶的摇摆频率有何不同？4.大树最多能长多高？5.计算机的速度能提到多快？尺寸能做到多小？有没有物理限制？要勇于提问，老师是我们探究的良师益友，可以一道去寻求问题的答案。当然，质疑与思考要因循一定的出发点和科学方法，不要没有根据地胡思乱想，用苦思冥想浪费时间，而是要善于观察和悉心思考。学好物理并不难只要始终保持学习的兴趣和热情，熟练掌握学习物理的科学方法，养成良好的学习习惯和态度，就一定能收到成效。IIIIII学习物理不需要死记硬背，只要明白道理。要做物理习题，但是不要把物理习题变成算术习题。只要道理讲对了，就应得到鼓励和认同；如果回答有创意，即使与标准答案不同，也应当给予鼓励。举一个小例子，有一个常见的问题是：一个人要在平面镜里看自己的全身，那镜子至少要多高？标准答案是人身高的一半。如果有人说，镜子可以更短，只要把它倾斜一些，这答案是对是错？应当给这位同学加分。创新能力的养成就蕴含在这样的细节中。同学们可以利用学校实验室的设备，自己动手设计实验，还可以组织课外学习小组：一些人玩无线电，从矿石收音机做到半导体超外差；另一些人可以关心地震活动，搜集所在地区的地震和地磁数据海边的同学可以关心潮涨潮落的规律，山脚下的人们可以记录一年四季和每天早晚的气流运动变化。针对某个具体问题，自己动手学到知识和技能，领悟科学思维，今后在其他方面解决问题的能力和克服困难的勇气，都会有所提高。物理是一种文化，是现代公民不可或缺的科学素养对于即将走入社会的年轻人，高中物理或许是最后一次进行系统学习的宝贵机会；对于决心在技术或自然科学领域取得更深层次发展的年轻人，高中物理是最初的起跑线。因此，高中物理是一门关键课程，老师任重，学生道远。我们每一天都享用着物理学的成果，而物理学也会回馈那些追赶她前进脚步的人们。在实现中华民族伟大复兴的道路上，需要无数攀爬科学技术新高峰的创新人才，为保证全民创新事业的可持续性，让我们在这门关键课程中携手前行。IVIV 参考系 时间 质点 位置 位移 位置变化的快慢与方向速度 实验：用打点计时器测量小车的速度 速度变化的快慢与方向加速度滑雪场上高速滑行的运动员、草原上飞奔的骏马、原野上风驰的高铁列车、航母上起降的战斗机它们的共同点是什么？它们都在运动着。我们处在一个运动的世界里，小到组成物质的基本粒子，大到托起我们的大陆板块，乃至整个地球，整个太阳系，整个宇宙，时时刻刻都处在运动之中。描述物体的运动就成为我们认识和研究这个世界的开始。第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章第 一 章描述运动的基本概念不了解运动，就不了解自然。物理 必修 第一册2观察思考 参考系图1-1-1中的4幅图都是运动场上的精彩瞬间，拍摄这些照片时运动员都处于运动过程中。请思考并讨论，相应的这4种运动有什么不同？我们怎样描述物体的运动？（a）运动员驾驶摩托艇劈波斩浪（c）体操运动员在单杠上的大回环（b）滑冰运动员终点前冲刺（d）跳高运动员背越式过杆 图1-1-1 运动场上的精彩瞬间参考系 时间 质点1我们在初中已经学过，世界上的一切物体都在运动着，没有绝对静止的物体。我们研究物体的运动时，总要选取某一个物体作为参照，如果一个物体的位置相对于这个物体发生了变化，就说它是运动的；如果它的位置相对于这个物体没有发生变化，就说它是静止的。这就是说，我们所界定的运动或静止都是相对于这个作为参照第一章 描述运动的基本概念3讨论交流1.如图1-1-3所示，一架直升机正在执行救援任务，它悬停在大海中的钻井平台上空，救生员抱着受援者，缆绳将他们提升到直升机上。试分别以飞机驾驶员、救生员和平台上的其他人员为参考系，描述受援者的运动情况。2.无风的雨天里，站在路旁的小明与坐在行驶的汽车中的小聪看到雨滴的轨迹有什么不同（图1-1-4）？图1-1-2 “神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间站对接的物体而言的。这个作为参照的物体叫作参照物，它以及与它保持相对静止的物体组成一个系统，叫作参考系（reference frame）。参考系的选择原则上是任意的，只是选择不同的参考系，物体的运动情况可能会有所不同。例如图1-1-1（a）中，运动员驾驶着摩托艇在水面上疾驶，以地面为参考系，他是运动的；如果改为以摩托艇为参考系，则他是静止的。我们生活在地球上，为研究运动方便起见，更多的是以地面为参考系讨论问题，今后凡没有特别说明的，都默认是以地面为参考系。如果选取其他参考系，需要予以说明。例如图1-1-2中的“神舟十一号”飞船与“天宫二号”空间站对接时都以很大的速度绕地球运动，这时虽然没有明确说出参考系，但我们都知道这是以地面为参考系的。但在飞船中的宇航员眼里，它们对接瞬间“天宫二号”几乎是静止的，这是以他自己（或者是“神舟十一号”飞船）为参考系的，这时“天宫二号是静止的”的说法便不确切了，而必须说“天宫二号”相对于“神舟十一号”飞船是静止的。你还能说出一些类似的现象吗？图1-1-3 直升机空中救援 图1-1-4两人看到的雨滴轨迹是不同的物理 必修 第一册4活动如图1-1-6所示是一条时间轴，它的原点O是我们计时的起点，叫作零时刻，时间间隔的单位为1s。请说明第2s末、第3s初、第3s末、第3s内与前3s内的区别，并在时间轴上标出来。时间和时刻 质点物体运动的描述离不开时间。在日常生活用语中，“时间”一词有时表示某一个时刻，有时表示一段时间间隔。譬如问“火车什么时间开？”这句话里的“时间”实际上指的是“时刻”；又如问“一节课多长时间？”这句话里的“时间”实际上指的是“时间间隔”。在物理学中，可以用时间坐标定量描述，即用时间轴上的点表示时刻，用时间轴上的一段长度表示时间（时间间隔）。例如，公共汽车8时整从某一个车站开出，8时05分到达下一个车站。其中8时整指的是一个时刻，用 t1 表示，简写为 t1=8:00；8时05分指的是另一个时刻，用 t2 表示，简写为 t2=8:05。t1 和 t2 分别对应于时间轴上的两个点，两时刻之间的时间间隔则对应于时间轴上的一段距离，用 t 表示（图1-1-5）。显然 t=t2-t1=5min。在初中物理的学习中我们已经知道，物体的空间位置随时间变化的过程称为机械运动（mechanical motion）。按物体上各点的运动情况是否相同进行分类，可以把机械运动分为平动和转动两类。在图1-1-1中，（a）图中的摩托艇驾驶员身体的各部分运动情况都相同，这类运动称为平动。（b）图中的滑冰运动员在终点前冲刺的一小段过程，也可以看作平动。（c）图中体操运动员在单杠 图1-1-5时间轴上的时间 和时刻 图1-1-6在时间轴上标出时刻和时间第一章 描述运动的基本概念5讨论交流1.如图1-1-8所示，你认为在研究什么问题时能把地球当作质点？什么情况下不能？为什么？2.如果要计算一列火车从上海行驶到北京所需的时间，能否把列车看成一个质点？说出你对这两个问题的看法，并说明理由。这种保留主要因素而忽略次要因素的思维方法通常称为理想化方法，而这种从实际物体中抽象出来的、被理想化了的研究对象称为理想模型。质量为什么不可忽略？在运动学问题中，你还看不出来，等后面学习动力学问题时，你就会有深刻体会了。图1-1-7哪些物体在什么情况下可视为质点上做大回环时，身体的各个部分都绕单杠做圆周运动，但各部分的圆周半径各不相同，这种运动称为转动。（d）图所示的跳高运动员在做背越式跳高动作时，其运动可以看作是既有平动又有转动的复杂运动。要描述物体的运动，首先要确定物体某时刻所在的位置，其次是得到其位