高级中学课本 物理 一年级(试用本)[格式PDF]（152页）

1、序 言自然科学的形成远古时代，人类慑于自然的力量，对雷电、风暴、地震、日食、月食、彗星等自然现象，怀着畏惧和崇敬的心情，以为雷电是上天惩罚恶人的神火，出现彗星预示着战祸、饥荒等灾难的来临。这种神话和迷信的产生，反映了当时人们对自然的无知。但是人们在长期的生存斗争中，逐步积累了对自然现象的点滴认识，经过许多代人认真地观察、记录、研究和校正，整理概括出一些线索，终于发现了某些现象之间的因果关系和规律，根据这些规律再去推断其他的现象。这样，人们对各种自然现象的认识，就逐渐深入和丰富起来，发展形成系统的认识。这些建立在实践和事实基础上的对自然现象及其规律的系统认识，就形成了自然科学。人们掌握了科学知识

2、，在与自然的斗争中便获得了主动，推进了物质文明和精神文明的建设。从此，对风暴、地震等自然现象，不仅能够解释，而且在一定范围内还可以作出预报和防范，将它们造成的损害减小到最低限度。物理学和人类文明物理学(physi cs)是自然科学中的一个基础学科，它研究物质运动最一般的规律和物质的基本结构，它已成为现代科学技术的重要基础。物理学的发展经历了三次重大的突破。1718 世纪，牛顿力学的建立和热力学的发展，导致了蒸汽机的发明，机械工业和交通运输有了突破性的进展，引起了第一次工业革命；19 世纪，从法拉第发现电磁感应现象到麦克斯韦电磁理论的诞生，推动了电机、电器和电信设备的设计与制造，引起了工业电气化

3、，人类社会由蒸汽时代进入了电气时代；20 世纪以来，相对论和量子力学的创立，极大地拓宽了人们认识物质基本结构和基本性质的视野，并深入到研究自然界一切相互作用的统一性。人类社会正进入以微电子、新材料、新能源为主要内容的新技术革命时期。这三次突破，在人类文明发展进程中起着里程碑的作用，近 20 年来，物理学的新发展，对微电子技术的开发、新材料的研制和新能源的利用进一步起着重要的指导作用；各种新型监测系统和精密测量手段的日益完善，有可能使人们对宏观世界和微观世界认识的深度和广度，达到更为深入的层次，更接近事物本来的面貌(图 0-2)。由此而产生的新思想、新观念，又必将对科学技术、工农业生产和社会文明

4、的进一步发展产生巨大的影响。(a)1990 年 4 月 24 日，美国“发现号”航天飞机携带“哈(b)“哈勃”太空望远镜发回的一张土星照片。由于不受“哈勃”太空望远镜，进入高度约为 595 千米的低地球轨地球大气的干扰，该照片比从地面拍摄的清晰近 10 道，开始了探索宇宙奥秘的新征途。“哈勃”太空望远倍。图中的内、外光环是由无数平均直径不到 1 米的镜可以探测到暗至 29 等的宇宙天体；而在地面上小物体组成的。由于浓密的大气层的笼罩，最好的天文望远镜也只能观察到 23 等的星体。1993 年 12 月经修复后的“哈勃”望远镜观察范围可达 140 亿光年。怎样学好高中物理学高中阶段学习物理学的目

5、的，不仅是为了认识自然界的规律，更重要的还在于将这些知识运用于实际，改善周围的环境和生活条件，更好地为我国四化建设服务。学好物理知识必须提高运用知识解释现象、解决实际问题的能力，并为今后学习打好必要的基础。与初中物理学相比较，高中物理学有以下一些特点：1扩大了知识面，丰富了知识内容，对思维能力有较高的要求；2较多地通过实验定量研究物理定律；3较多地用数学公式和图象描述物理规律；4有较高的数学计算要求。因此，学习高中物理课程时，要注意以下几方面：主动学习，认真阅读课本。要理解为什么需要和怎样正确建立有关的物理概念；要重视理解物理定律的意义和适用范围；要知道所学知识和技能在生活和生产中的实际应用。

6、实验是学习物理的基础。在实验中要重视培养观察能力和动手能力。对每个实验要弄清楚研究的是什么问题，为什么要研究这个问题，用什么方法来研究。要学会按照合理的步骤正确使用仪器进行操作，记录数据，并对实验结果进行分析和讨论，得出结论，以提高实验能力和思维能力。做练习是学好物理的重要环节，要在复习课本内容的基础上独立完成各类练习。在习题演算中，一旦发现做错，应分析发生错误的原因，认真订正。对课文中的思考题，虽不是书面作业，但也要积极思考，认真讨论。本书课文中的“问题探讨”专栏，是以师生对话的形式，帮助同学们理解概念和提高思维能力的，希望同学们能有所领会，受到启发。课文中安排在“花纹框”里的内容以及章末的

7、“阅读材料”，是属于扩大知识面的内容；节次标有“*”号的是选学内容，有兴趣的同学可以阅读和选学。此外，还可以留意阅读书刊杂志上有关物理知识及科技新成就的科普文章，热心参加科普讲座和参观等课外活动，关心周围发生的物理现象，并试着用学过的知识进行解释，以提高自学能力和理论联系实际的能力。为了帮助同学们自己评价学习效果，本书在每章的最后，都具体提出了这一章有关知识、技能和情意领域的学习要求，并提供相应的复习题。物理是一门有趣的课程，入门并不难，相信你一定会根据高中物理的特点和要求，逐步掌握有效的学习方法，努力学好物理的。1固体和液体Sol i ds and Li qui ds1天然水晶2二硫化亚铁(

8、黄铁矿)多晶体3击球时网球和球拍的形变4溅起的液滴20 世纪 20 年代，半导体材料的研制导致了晶体管的发明，由此推动了电子工业的革命，促进了电子计算机的不断革新。50 年代以来，对各种新合金、新型化学合成材料的研究，保证了航天、航宇技术的不断发展，开创了人类探索宇宙空间的新时代。90 年代初，我国科研人员试制成功了陶瓷发动机，这表明新材料的研究又进入了一个新阶段。各种新材料的研制成功是新技术发展的重要标志，而应用这些新材料，又必须对它们的物理特性进行研究。这一章我们将学习固体、液体的一些基本性质，并了解这些性质在生产和生活中的一些实际应用。一、晶体和非晶体固体包括晶体(crystal)和非晶

9、体两大类。晶体和非晶体在外形上和物理性质上都有很大的区别。常见的固体中，如天然金刚石(图 11)、硫酸铜、云母、明矾、石膏等都是晶体。晶体具有天然规则的几何外形，如石英、方解石都呈天然规则的多面体外形(图 12)，这是由于组成晶体的分子在空间按一定规律排列的结果。而玻璃、松香、蜂蜡、沥青、木材等都是非晶体，它们的分子在空间不按一定规律排列，所以它们没有天然的有规则的外形。我们再观察下面的实验，从物理性质上比较晶体和非晶体。取一片很薄的云母片和一片薄玻璃片，在它们的一个表面上均匀地涂一薄层蜡。把一根长金属丝的一端放在酒精灯火焰上烧红，然后分别与云母片、玻璃片上不涂蜡的一面接触 图 13(a)。由

10、于热传导，云母片和玻璃片上的蜡层开始熔化，过一会儿可以发现，云母片上蜡层的熔化部分是一个椭圆 图13(b)，而玻璃片上蜡层的熔化部分却是一个图 13 圆 图 13(c)。这表明云母各个方向上的导热性不同，即各向异性；而玻璃各个方向上的导热性相同，即各向同性。实验证明晶体除导热性外，导电性、折光性、机械强度等其他物理性质也是各向异性的，而非晶体则表现为各向同性。晶体的各向异性在生产和科学技术中有很多应用，例如有的晶体可作为传递声振动的元件，只要测定声波在这种晶体内部各个方向上的传播速度，然后沿传声速度最大的方向切割，就能使晶体沿这个方向最有效地传递声振动。单晶体是科学技术上的重要原材料，各种晶体

11、管就是用单晶硅、单晶锗制造的。有一种超声波发生器的超声元件，也是用单晶硅制作的。此外，晶体具有一定的熔点，而非晶体没有一定的熔点，这也是晶体和非晶体在物理性质上的不同。单晶体和多晶体通常认为单晶体是以组成晶体的原子或原子团为单位，沿着空间的前后、左右、上下三个方向整整齐齐地堆垛成的固体。单晶体可以在自然条件下形成，例如天然水晶(本章导图 1)、岩盐、方解石等，课本彩图 1 的砷化镓单晶是在人为条件下拉制出来的，它们都具有各向异性的特征。多晶体是由许多取向不同的单晶体颗粒组成的固体。所以，多晶体在整体上就不显示各向异性，也没有天然的规则的几何外形。从本章导图 2可以清楚地看到黄铁矿的多晶体结构。

12、各种金属材料都是多晶体。多晶体不显示各向异性，但与非晶体的各向同性，本质上是不同的。思考1雪花(图 14)是晶体还是非晶体？2闻名全国的哈尔滨冰雕制作是在冬季进行的。把松花江上的冰层锯开，取得冰块，雕凿成各种亭台楼阁、灯具、花卉、虫鸟，并堆砌成景，人们置身其间仿佛进入透剔晶莹的神话世界。这些用冰雕成的作品是晶体还是非晶体？3把玻璃琢磨成有规则的外形(图 15)，这种玻璃“钻石”是晶体吗？*二、固体的弹性和范性在修筑铁路、公路，建造厂房、桥梁，制造各种交通工具、生产设备时，需要使用各种不同的材料，它们有的用来承受压力，有的用来承受拉力。任何固体材料受力时都会发生形状的变化，铁轨、钢梁可以承受很大

13、的力，而人们几乎觉察不到它们受力时发生的形状变化；体操运动员在双杠、高低杠上做动作时，却可以看到受力时杠子明显发生了弯曲。停止用力后，有的材料能完全恢复原来形状，有的材料就不能；有的材料能承受很大的力，有的材料即使受到较小的力也会被破坏。这些现象在工农业生产和日常生活中都具有重要的意义，因此有必要研究固体材料的力学性质。固体的弹性和范性是固体最重要的力学性质。弹性和弹性形变物体受力发生形变是力的作用效果之一。在有些情况下，物体受力发生的形变并不明显，我们可以用实验方法把不易觉察的微小形变显示出来(图 16)。例如在烧瓶中盛满染有颜色的水，用带细玻璃管的橡皮塞塞紧烧瓶，使染色水在管内上升一段高度

14、图 16(a)。当用手指紧压瓶底时，玻璃管内的水位升高；手放松时，管内水柱高度又恢复到原来位置。再如，在水平桌面上竖立两块平面镜 M1和 M2，它们的反射面是平行的。用一细束平行光照射在 M1上，调节入射角，使从 M1上反射的光线能照射到 M2上，由 M2再次反射到墙上形成一个光斑 P。用力压一下桌面，桌面发生微小弯曲，M1、M2两块镜面不再平行，光线在 M1和 M2上的入射角和反射角都发生改变，可以看到墙上光斑向下移动。不压桌面时，光斑又回到原来位置图 16(b)。以上两个实验表明，烧瓶和桌面受到力的作用时都发生了形变，当力停止作用后，它们又都能恢复原来的形状。停止用力后，能完全消失的形变，

15、叫做弹性形变。固体的这种能恢复它原来形状的性质，叫做弹性。上述实验中的烧瓶和桌面都具有弹性，观察到的形变都是弹性形变。本章导图 3 球拍击球时，球和球拍都发生了形变，它们都具有弹性，它们的形变也都是弹性形变。常见的弹性形变有拉伸、压缩、切变、弯曲和扭转等几种。固体材料发生弯曲时，在靠近凸面的物质层发生拉伸形变，在靠近凹面的物质层发生压缩形变，可以推想在材料的中间，一定存在既不发生拉伸形变，又不发生压缩形变的物质层，叫做中性面。中性面物质层不承担力，离中性面越远的物质层，形变越大，承担的力也就越大 图 17(a)。在工程技术上，常把抗弯曲形变的构件设计成空心的，如住宅的楼板等。这样，既节省了原材

16、料，又减轻了构件的自重。工字钢、槽钢和直角钢 图17(b)就是根据这个道理设计制造的。固体在不同的受力情况下，发生的形变有些是很复杂的。课本彩图 2是用光学方法显示的、悬挂重物后模型吊钩内部受力的情况，从彩色条纹的不均匀分布可以知道，吊钩内各部分发生弹性形变的程度是不同的，受力也是不均匀的。思考1跳水运动员起跳时对跳板施加的力，将使跳板产生什么形变(图 18)？2将一张纸平放在玻璃杯口上 图 19(a)，在纸上放一枚象棋子，纸就坍落下去。但如果把这张纸折叠成图 19(b)所示的形状，这时即使在纸上放几枚象棋子，纸也不会坍落。你能解释它的原因吗？弹性形变的几种形式名 称产生条件特 点形变的图示实 例拉伸固体受到两个在同一直线上方向相反的拉力长度增大，截面积变小牵引钢索的形变压缩固体受到两个在同一直线上方向相反的压力长度缩短，截面积变大建筑物支柱的形变切变固体受到两个方向相反、互相平行和靠近的拉力或压力组成固体的物质层之间发生相对移动铆钉的形变弯曲杆状固体两端固定，中间受重直于杆的力是一种复合形变。靠近凸面的物质层发生拉伸形变，靠近凹面的物质发生压缩形变钢轨、桥面的形变扭转杆状固体一端固定