高中物理必修2电子课本高清版

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编著物理课程教材研究开发中心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编著*出版发行（北京市海淀区中关村南大街17号院1号楼　邮编：100081）网址：×××××印刷厂印装全国新华书店经销*开本：890毫米×1240毫米1/16印张：5.25字数：1200002006年11月第2版年月第次印刷ISBN978-7-107-20163-9定价：元G·13213（课）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。物理课程教材研究开发中心总主编：张大昌副总主编：彭前程主编：张维善执笔人员：黄恕伯孙新张维善绘图：王凌波张傲冰张良责任编辑：张颖苗元秀版式设计：马迎莺审读：王存志第五章曲线运动11.曲线运动22.质点在平面内的运动43.抛体运动的规律74.实验：研究平抛运动115.圆周运动136.向心加速度177.向心力208.生活中的圆周运动23第六章万有引力与航天281.行星的运动292.太阳与行星间的引力333.万有引力定律364.万有引力理论的成就385.宇宙航行406.经典力学的局限性45第七章机械能守恒定律501.追寻守恒量512.功523.功率554.重力势能595.探究弹性势能的表达式626.实验：探究功与速度变化的关系647.动能和动能定理668.机械能守恒定律699.实验：验证机械能守恒定律7310.能量守恒定律与能源75课题研究77课外读物79目录第五章①基尔霍夫（GustavRobertKirchhoff，1824—1887），德国物理学家，对电路和热辐射的理论有杰出的贡献，得出了关于电路和热辐射的两个“基尔霍夫定律”。力学是关于运动的科学，它的任务是以完备而又简单的方式描述自然界中发生的运动。—基尔霍夫①到目前为止，我们只研究了物体沿着一条直线的运动，还没有涉及运动方向的改变。实际上，在自然界和技术中，曲线运动随处可见。水平抛出的物体，在落到地面的过程中沿曲线运动；地球绕太阳公转，轨迹接近圆，也是曲线。抛出的物体、公转中的地球，它们的运动都是曲线运动（curvilinearmotion）。从现在开始，我们把目光转向抛体运动、圆周运动，以及更一般的曲线运动，从中你会看到，在研究直线运动时用过的方法，原则上同样可以用来处理曲线运动。通过本章和下一章的学习，你会惊讶地发现：地球上的运动和天体的运动原来遵从同样的科学规律！曲线运动2高中物理第册11曲线运动=如图5.1-3，水平桌面上摆一条弯曲的轨道，它是由几段稍短的圆弧形轨道组合而成的。钢球由轨道的C端滚入（通过压缩弹簧射入或通过斜面滚入），在轨道的束缚下做曲线运动。在轨道的下面放一张白纸，蘸有墨水的钢球从出口A离开轨道后在白纸上留下一条运动的痕迹，它记录了钢球在A点的运动方向。拆去一段轨道，钢球的轨道出口改在B。同样的方法可以记录钢球在轨道B点的运动方向。白纸上的墨迹与轨道（曲线）有什么关系？曲线运动速度的方向运动员掷链球时，链球在运动员的牵引下做曲线运动，一旦运动员放手，链球即刻飞出。放手的时刻不同，链球飞出的方向也不一样，可见做曲线运动的物体，不同时刻的速度具有不同的方向。怎样确定做曲线运动的物体在某一时刻的速度方向？在讨论曲线运动的速度方向时要明确一个数学概念：曲线的切线。初中数学中我们已经知道圆的切线，对于其他曲线，切线指的是什么？图5.1-3钢球离开轨道时的速度方向与轨道（曲线）有什么关系？图6.1-3ABC①图5.1-1微粒沿什么方向飞出？图5.1-2链球沿什么方向飞出？观察图5.1-1、图5.1-2描述的现象，你能不能说清楚，砂轮打磨下来的炽热微粒、飞出去的链球，分别沿着什么方向运动？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。3第章曲线运动图5.1-6人造地球卫星做曲线运动地球人造地球卫星Fv图6.1-6如图5.1-4，过曲线上的A、B两点作直线，这条直线叫做曲线的割线。设想B点逐渐向A点移动，这条割线的位置也就不断变化。当B点非常非常接近A点时，这条割线就叫做曲线在A点的切线（tangent）。有了切线的概念，我们就可以说：质点在某一点的速度，沿曲线在这一点的切线方向。速度是矢量，它既有大小，又有方向。不论速度的大小是否改变，只要速度的方向发生改变，就表示速度矢量发生了变化，也就具有加速度。曲线运动中速度的方向在改变，所以曲线运动是变速运动。物体做曲线运动的条件物体在什么情况下做曲线运动？让我们观察下面的实验。图5.1-4A、B两点靠得很近很近时，直线AB就成了曲线的切线。图6.1-4B切线A当物体所受合力的方向与它的速度方向不在同一直线上时，物体做曲线运动。抛出的石子，当所受重力的方向与速度的方向不在同一条直线上时，它做曲线运动；人造地球卫星绕地球运行，由于地球对它的引力与速度的方向不在同一直线上，所以卫星做曲线运动。图5.1-5钢球在磁铁吸引下怎样运动？图6.1-5=一个在水平面上做直线运动的钢球，从旁侧给它一个力，例如在钢球运动路线的旁边放一块磁铁，观察钢球的运动。图5.1-7显示抛体运动速度方向的飞镖①如图5.1-7，取一根稍长的细杆，一端固定一枚铁钉，另一端用羽毛或纸片做一个尾翼，这就做成了一个能够显示曲线运动速度方向的“飞镖”。在空旷地带把飞镖斜向上抛出，飞镖在空中的指向就是它做曲线运动的速度方向。飞镖落至地面插入泥土后的指向就是它落地瞬时的速度方向。改变飞镖的投射角，观察它插至地面时的不同角度。与飞镖在空中做曲线运动的轨迹相联系，体会曲线运动的速度方向与轨迹曲线的关系。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。4高中物理第册22!图6.1-9AvF图5.1-9大致画出物体的运动轨迹1.跳水运动是一项难度很大又极具观赏性的运动，我国运动员多次在国际跳水赛上摘金夺银，被誉为跳水“梦之队”。图5.1-8是一位跳水队员从高台做“反身翻腾二周半”动作时头部的运动轨迹，最后运动员沿竖直方向以速度v入水。整个运动过程中，在哪几个位置头部的速度方向与入水时v的方向相同？在哪几个位置与v的方向相反？在图中标出这些位置。2．汽车以恒定的速率绕圆形广场一周用时2min，每行驶半周，速度方向改变多少度？汽车每行驶10s，速度方向改变多少度？先作一个圆表示汽车运动的轨迹，然后作出汽车在相隔10s的两个位置速度矢量的示意图。3.一个物体的速度方向如图5.1-9中v所示。从位置A开始，它受到向前但偏右（观察者沿着物体前进的方向看，下同）的合力。到达B时，这个合力突然改成与前进方向相同。到达C时，又突然改成向前但偏左的力。物体最终到达D。请你大致画出物体由A至D的运动轨迹，并标出B点、C点和D点。质点在平面内的运动研究物体的运动时，坐标系的选取很重要。例如，对于直线运动，最好沿着这条直线建立一个坐标系，即建立一个一维直线坐标系。但是，有时在对运动做深入分析之前，物体的运动形式并不清楚，甚至难以判断它的运动轨迹是不是直线。这时，就需要选择其他类型的坐标系。例如，研究质点在平面内的运动时，可以选择平面直角坐标系。我们以下面实验中蜡块的运动为例，看一看怎样在平面直角坐标系中研究物体的运动。在一端封闭、长约1m的玻璃管内注满清水，水中放一个红蜡做的小圆柱体R，将玻璃管的开口端用橡胶塞塞紧（图5.2-1甲）。=图6.1-8v图5.1-8某跳水运动员头部的运动轨迹5第章曲线运动图5.2-1红蜡块的运动丙图6.2-1甲乙RR丙图6.2-1甲乙RR在图丙的实验中，蜡块既向上做匀速运动，又由于玻璃管的移动而向右做匀速运动，在黑板的背景前我们看出蜡块是向右上方运动的。那么，蜡块在黑板上留下的轨迹是直线吗？它相对于黑板的运动是匀速运动吗？这些都不是仅凭“看”就能解决的。蜡块的位置建立直角坐标系（图5.2-2）：以运动开始时蜡块的位置为原点O，水平向右的方向和竖直向上的方向分别为x轴和y轴的方向。将玻璃管向右移动的速度设为vx，蜡块沿玻璃管匀速上升的速度设为vy，vx、vy都不随时间变化，是常量。从蜡块开始运动的时刻计时。在时刻t，蜡块的位置P可以用它的两个坐标x、y表示x＝vxty＝vyt蜡块运动的轨迹蜡块的轨迹是什么样的？在数学上，关于x、y两个变量的关系式描述一条曲线（包括直线），而在上面x、y的表达式中，除了x、y之外还有一个变量t，所以我们应该从这两个式子中消去t，于是得到y＝x由于vx和vy都是常量，所以也是常量，可见y＝x代表的是一条过原点的直线，也就是说，蜡块相对于黑板的运动轨迹是直线。蜡块的速度速度v和它的两个分速度vx、vy的关系已经在图5.2-2中形象地标出，因图5.2-2在直角坐标系中研究蜡块的运动图6.2-2yPxθ蜡块的位置Ovvyvxθ将玻璃管倒置（图5.2-1乙），蜡块R沿玻璃管上升。如果在玻璃管旁边竖立一个米尺，可以看到蜡块上升的速度大致不变，即蜡块做匀速直线运动。再次将玻璃管上下颠倒，在蜡块上升的同时，将玻璃管紧贴着黑板沿水平方向向右匀速移动，观察蜡块相对于黑板的运动。vyvxvyvxvyvx这里说的“常量”，指的是它不随坐标x、y变化，也就是说，在任何位置的值都是一样的。vyvx6高中物理第册√vyvx此可以根据勾股定理写出它们之间的关系v＝vx2＋vy2根据三角函数的关系，从图5.2-2还可以确定速度v的方向，即确定角θ的正切tanθ＝例题飞机起飞时以v＝300km/h的速度斜向上飞，飞行方向与水平面的夹角为30°。求水平方向的分速度vx和竖直方向的分速度vy。解把v＝300km/h按水平方向和竖直方向分解（图5.2-3），可得vx＝vcos30°＝260km/hvy＝vsin30°＝150km/h飞机在水平方向和竖直方向的分速度分别为260km/h和150km/h。在本节的实验和例题中，物体沿着相互垂直的两个方向的分速度都不随时间变化，但以上思想和方法对其他运动也是适用的。!如果物体在x方向的分速度不随时间改变，而在y方向的分速度随时间均匀增加，即vx＝v0，vy＝at（式中v0、a都是常量），请你大致画出物体运动的轨迹。图5.2-3求水平方向和竖直方向的分速度vy图6.2-3vxv30°!1.炮筒与水平方向成60°角，炮弹从炮口射出时的速度是800m/s，这个速度在水平方向和竖直方向的分速度各是多大？画出速度分解的图示。2.在许多情况下，跳伞员离开飞机后最初一段时间降落伞并不张开，跳伞员做加速运动。随后，降落伞张开，跳伞员做减速运动。速度降至一定值后便保持不变，跳伞员做匀速运动，直至落地。如果无风时某跳伞员竖直下落，着地时速度是5m/s，在有风的情况下，风使他以4m/s的速度沿水平方向向东运动。他将以多大速度着地？计算并画图说明。3.一艘炮舰沿河由西向东行驶，在炮舰上发炮射击北岸的目标。要击中目标，射击方向应直接对准目标，还是应该偏东或偏西一些？作俯视图，并说明理由。7第章曲线运动33以一定的速度将物体抛出，在空气阻力可以忽略的情况下，物体只受重力的作用，它的运动叫做抛体运动（projectilemotion）。如果抛体运动的初速度是沿水平方向的，这个运动叫做平抛运动。以一定速度从水平桌面上滑落的物体、运动员水平击出的排球、水平管中喷出的水流等，都在做平抛运动。我们在这节重点研究平抛运动的规律，所用的方法就是上节研究蜡块运动时用到的方法。抛体的位置首先研究以速度v0水平抛出的物体的位置随时间变化的规律。用手把小球水平抛出，小球从离开手的瞬间（此时速度为v0，是平抛运动的初速度）开始，做平抛运动。我们以小球离开手的位置为坐标原点，以水平方向为x轴的方向，竖直向下的方向为y轴的方向，建立坐标系（图5.3-3），