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普通高中教科书
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选择性必修
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物理
第一册
选择性必修
物理
第一册
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上海科学技术出版社
定价：8.70元
1
普通高中教科书
物理
选择性必修
第一册
上海科学技术出版社
2
主 编：蒋最敏 高 景本册主编：高 景编写人员：（以姓氏笔画为序） 周上游 於 丰 郑百易 高 景
责任编辑：张 燕 金波艳 李林高美术设计：房惠平普通高中教科书
物理选择性必修第一册上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写
出价 8.70 定978-7-5478-5294-1/G·1032（上海市钦州南路71号 邮政编码200235）发 行 上海新华书店印 刷 当纳利（上海）信息技术有限公司版 次 2021年3月第1版印 次 2021年31次开 本 890毫米×1240毫米 1/16印 张 6.75字 数 147千字书 号 ISBN月第 元 有限公司 上海科学技术出版社)集团(版 上海世纪出版
版权所有·未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分·违者必究如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系。电话：021-64848025，邮箱：jc@sstp.cn
全国物价举报电话：12315
声明 按照《中华人民共和国著作权法》第二十三条有关规定，我们已尽量寻找原作者支付报酬。原作者如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。
1目录
目
录
1
第一章·动量
第一节 相互作用中的守恒量 动量 2
第二节 物体动量变化的原因 动量定理 6
第三节 动量守恒定律 11
22
第二章·机械振动
第一节 机械振动 简谐运动 23
第二节 简谐运动的回复力和能量 28
第三节 单摆 32
第四节 受迫振动 共振 38
2目录
44
第三章·机械波
第一节 机械波的形成和传播 45
第二节 机械波的描述 49
第三节 机械波的反射和折射 54
第四节 机械波的干涉和衍射 57
第五节 多普勒效应 63
70
第四章·光
第一节 光的折射 71
第二节 全反射 78
第三节 光的干涉 81
第四节 光的衍射和偏振 87
第五节 激光 92
第一章
动 量
碰撞现象在自然界和生活中普遍存在，如陨石与星球的碰撞、打桩机打桩、台球的母球撞击彩球、空气分子间的碰撞等。碰撞现象是重要的物理现象。无论是宏观还是微观领域，碰撞都是发现新现象、探索新规律的重要手段。在研究物体间相互作用的规律时人们逐步认识到，各种复杂现象的背后蕴藏着某些简单而深刻的原理。科学研究的目标之一就是发现复杂自然现象背后的简单法则。
在必修课程中，我们已经学习了牛顿运动定律和机械能守恒定律。在本章中，将学习并理解冲量和动量的概念，理解动量定理和动量守恒定律，了解物体间碰撞的特点。在学习中，通过猜想、假设与实验，探寻碰撞过程中的守恒量；通过分析碰撞和反冲现象，体会用守恒定律分析问题的方法，加深对不同物理知识之间关系的理解，进一步发展“相互作用”“能量”“系统”和“守恒”的观念，感受物理学理论所描述的自然界的和谐与统一。
2
第一节
相互作用中的守恒量 动量
在物理学的发展历程中，物理学家逐渐形成了这样的观念：物理学的任务是发现普遍的自然规律；自然过程中包含着某种物理量的不变性，即存在守恒量，是物理规律最基本的表现形式之一。物理学家在探求自然规律的过程中，不断地探寻着不同的守 恒量。能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。历史上，“能量守恒”曾不止一次受到质疑。每当出现这样的情况，都伴有新能量形式的发现。例如，摩擦导致运动物体的机械能减小，能量似乎消失了；通电的导线会发热，导线的能量似乎增加了。进一步研究上述现象发现了内能和电能，拓展了能量的内涵，推动了物理学的发展。众多学者都曾卷入“什么是相互作用中运动的守恒量”的争论。这一争论从17世纪末一直延续到了18世纪中期。一部分学者认为，守恒量是“以速度及物质之量联合度之”的，即mv；另一部分学者认为，这一守恒量应为mv
2
。这些学者关于何为“相互作用中运动的守恒量”的观点各不相同，但他们的描述均与质量m和速度v有关。
寻找碰撞过程中的守恒量
以水平气垫导轨上的两个滑块为研究对象，用频闪技术拍摄滑块的运动过程，测量它们的质量和碰撞前后的速度，探寻这个守恒量是质量与速度的乘积mv，还是质量与速度平方的乘积mv
2
。考虑到碰撞涉及两个物体的质量，以及它们碰撞前、后的速度，我们从最简单的情况开始实验探索。如图1-1所示，选择两个质量均相等的滑块A和B置于水平导轨上，滑块B前端装有轻质弹簧。推动滑块A，使其与静止的滑块B碰撞。分别测量两滑块碰撞前、后的速度。实验结果如表1-1所示。
AB
AB
（a）（b）
图1-1 实验图（一）
相互作用中的守恒量动量3第一节
表1-1 实验数据记录表（一）滑块质量m
= m = 0.207 kg
AB
-1-1-1-12-22-2
物理量v/（m·s）v/（m·s）mvs（kg·m·/）mv/（kg·ms·m）vm/（kg··s）mvm/（kg··s10碰撞前0.36207.49×）
ABAABBAA2BB2
-2-2
02.71×100碰撞后00.35807.41×10
-2-2
02.65×10
2
本次实验中，每个滑块的质量与速度的乘积mv、质量与速度平方的乘积mv在碰撞前后均发生变化。对数据做进一步分析发现，两个滑块的mv之和与mv
2
之和在碰撞前后几乎不变。这个实验结果提示我们两个滑块碰撞前后的mv之和、mv
2
之和均有可能是碰撞中的守恒量。改变实验中的碰撞方式，使碰撞后A、B两滑块一起运动。如图1-2所示，仍选用质量均为0.207 kg的A、B两个滑块，在两滑块相对的面上固定尼龙搭扣，一旦搭扣互相接触，两滑块将粘在一起。碰撞前滑块B静止，滑块A向右运动与滑块B碰撞，实验结果如表1-2所示。
AABB（a）（b）
图1-2 实验图（二）
表1-2 实验数据记录表（二）滑块质量m
= m = 0.207 kg
AB
-1-1-12-2
物理量v/（m·s）v/（m·sm（）v+mv）/（kg·m·s）（mv+mv）/kg·m（·s）碰撞前100.34207.08×
ABAABBAA2BB2
-2-2
2.42×10
-2-2
碰撞后0.1680.1686.96×101.17×10
在本次实验中，A、B两个滑块的质量与速度的乘积mv之和在碰撞前后几乎没有发生变化，但质量与速度平方的乘积mv
22
之和明显减小。可见，mvm 恒量。为了进一步研究不可能是碰撞中的守v之和是不是碰撞中的守恒量，应考虑更为一般的情况。如图1-3所示，选用两个质量不等的滑块m
和m，m = 0.207 kg，m。 = 0.104 kg碰撞前两滑块相向运动，滑块A向右运动，速度v
ACAC
的大小为0.544 m/s，滑块C向左运动，速度v
A
的大小为0.387 m/s；碰撞后两滑块弹开，滑块A向左运动，速度大小为0.069 m/s，滑块C向右运动，速度大小为0.832 m/s。
C
4
ACAC（a）（b）
图1-3 实验图（三）
将第三次实验的数据填入表1-3，讨论A、C两滑块碰撞前后质量与速度的乘积mv之和是否保持不变。
表1-3 实验数据记录表（三）m
= __________ kg，m = __________ kg
AC
-1-1-1-1-1
物理量v/（m·s）v/（m·sm）/（kg·m·s）ms/kg·m·（） （m+m/s（kg·m·））碰撞前碰撞后
vvvv
ACAACCAACC
分析表1-3中的数据可知，两滑块碰撞前后质量与速度乘积mv的矢量和基本保持 不变。综合上述实验结果可以猜想，在碰撞中的守恒量可能是mv的矢量和。在物理学中，把物体的质量与速度的乘积称为动量（momentum），用符号p表示。p = mv在国际单位制中，动量的单位是千克·米/秒（kg·m/s）。动量是一个矢量，它的方向与速度的方向相同。大量实验表明，在一定条件下，相互作用的两物体动量的矢量和是守恒量。
与
问题 思考
相互作用中的守恒量动量5第一节
图1-4
图1-5图1-6
表1-4
碰撞前B的速度v碰撞后A的速度v
碰撞情况碰撞前A的速度v
'碰撞后B的速度v1 m/sA碰B'00.33 m/s1.33 m/sB碰A01 m/s0.66 m/s-0.33 m/s
ABAB
6
第二节
物体动量变化的原因 动量定理
通过碰撞实验寻找相互作用中的守恒量时发现，碰撞前后两个物体动量的矢量和不变，但每个物体的动量都发生了变化。单个物体动量发生变化的原因是什么？
冲量
推动一辆质量为m的小车，使其由静止开始加速到速度v，小车的动量由0增加为mv。由牛顿运动定律可知，若由一名儿童用较小的力推动该车，所需的时间较长；换由一位成人用较大的力推，则所需时间较短。可见，物体动量的变化不仅与作用力有关，还与力的作用时间有关。假设小车仅在水平恒力F的作用下，沿光滑的水平地面做匀加速直线运动，从t
到t（Δt = t - t
0
），速度由v增加到v，则动量由mv象mv。以小车为研究对增大到，设小车加速度为a，由牛顿第二定律和运动学知识可知F = ma t - t
000
v - v
Δva = = 整理可得F(t - t
0
Δt
0
vmv-m) = = p - p
000
即 FΔt = p - p
0
pp分别表示加速过程始、末两个状态小车的动量。上式表明，小车动量的变化由作用力F和和作用时间Δt共同决定，只要两者的乘积FΔt相同，小车动量的变化就相同。在物理学中，把作用力与其作用时间的乘积称为冲量（impulse），用符号I表示。I = FΔt冲量是矢量，它的方向与力F的方向一致。在国际单位制中，冲量的单位是牛顿·秒，符号为N·s。利用�
普通高中教科书
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第一册
选择性必修
物理
第一册
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定价：8.70元
1
普通高中教科书
物理
选择性必修
第一册
上海科学技术出版社
2
主 编：蒋最敏 高 景本册主编：高 景编写人员：（以姓氏笔画为序） 周上游 於 丰 郑百易 高 景
责任编辑：张 燕 金波艳 李林高美术设计：房惠平普通高中教科书
物理选择性必修第一册上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写
出价 8.70 定978-7-5478-5294-1/G·1032（上海市钦州南路71号 邮政编码200235）发 行 上海新华书店印 刷 当纳利（上海）信息技术有限公司版 次 2021年3月第1版印 次 2021年31次开 本 890毫米×1240毫米 1/16印 张 6.75字 数 147千字书 号 ISBN月第 元 有限公司 上海科学技术出版社)集团(版 上海世纪出版
版权所有·未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分·违者必究如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系。电话：021-64848025，邮箱：jc@sstp.cn
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目
录
1
第一章·动量
第一节 相互作用中的守恒量 动量 2
第二节 物体动量变化的原因 动量定理 6
第三节 动量守恒定律 11
22
第二章·机械振动
第一节 机械振动 简谐运动 23
第二节 简谐运动的回复力和能量 28
第三节 单摆 32
第四节 受迫振动 共振 38
2目录
44
第三章·机械波
第一节 机械波的形成和传播 45
第二节 机械波的描述 49
第三节 机械波的反射和折射 54
第四节 机械波的干涉和衍射 57
第五节 多普勒效应 63
70
第四章·光
第一节 光的折射 71
第二节 全反射 78
第三节 光的干涉 81
第四节 光的衍射和偏振 87
第五节 激光 92
第一章
动 量
碰撞现象在自然界和生活中普遍存在，如陨石与星球的碰撞、打桩机打桩、台球的母球撞击彩球、空气分子间的碰撞等。碰撞现象是重要的物理现象。无论是宏观还是微观领域，碰撞都是发现新现象、探索新规律的重要手段。在研究物体间相互作用的规律时人们逐步认识到，各种复杂现象的背后蕴藏着某些简单而深刻的原理。科学研究的目标之一就是发现复杂自然现象背后的简单法则。
在必修课程中，我们已经学习了牛顿运动定律和机械能守恒定律。在本章中，将学习并理解冲量和动量的概念，理解动量定理和动量守恒定律，了解物体间碰撞的特点。在学习中，通过猜想、假设与实验，探寻碰撞过程中的守恒量；通过分析碰撞和反冲现象，体会用守恒定律分析问题的方法，加深对不同物理知识之间关系的理解，进一步发展“相互作用”“能量”“系统”和“守恒”的观念，感受物理学理论所描述的自然界的和谐与统一。
2
第一节
相互作用中的守恒量 动量
在物理学的发展历程中，物理学家逐渐形成了这样的观念：物理学的任务是发现普遍的自然规律；自然过程中包含着某种物理量的不变性，即存在守恒量，是物理规律最基本的表现形式之一。物理学家在探求自然规律的过程中，不断地探寻着不同的守 恒量。能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。历史上，“能量守恒”曾不止一次受到质疑。每当出现这样的情况，都伴有新能量形式的发现。例如，摩擦导致运动物体的机械能减小，能量似乎消失了；通电的导线会发热，导线的能量似乎增加了。进一步研究上述现象发现了内能和电能，拓展了能量的内涵，推动了物理学的发展。众多学者都曾卷入“什么是相互作用中运动的守恒量”的争论。这一争论从17世纪末一直延续到了18世纪中期。一部分学者认为，守恒量是“以速度及物质之量联合度之”的，即mv；另一部分学者认为，这一守恒量应为mv
2
。这些学者关于何为“相互作用中运动的守恒量”的观点各不相同，但他们的描述均与质量m和速度v有关。
寻找碰撞过程中的守恒量
以水平气垫导轨上的两个滑块为研究对象，用频闪技术拍摄滑块的运动过程，测量它们的质量和碰撞前后的速度，探寻这个守恒量是质量与速度的乘积mv，还是质量与速度平方的乘积mv
2
。考虑到碰撞涉及两个物体的质量，以及它们碰撞前、后的速度，我们从最简单的情况开始实验探索。如图1-1所示，选择两个质量均相等的滑块A和B置于水平导轨上，滑块B前端装有轻质弹簧。推动滑块A，使其与静止的滑块B碰撞。分别测量两滑块碰撞前、后的速度。实验结果如表1-1所示。
AB
AB
（a）（b）
图1-1 实验图（一）
相互作用中的守恒量动量3第一节
表1-1 实验数据记录表（一）滑块质量m
= m = 0.207 kg
AB
-1-1-1-12-22-2
物理量v/（m·s）v/（m·s）mvs（kg·m·/）mv/（kg·ms·m）vm/（kg··s）mvm/（kg··s10碰撞前0.36207.49×）
ABAABBAA2BB2
-2-2
02.71×100碰撞后00.35807.41×10
-2-2
02.65×10
2
本次实验中，每个滑块的质量与速度的乘积mv、质量与速度平方的乘积mv在碰撞前后均发生变化。对数据做进一步分析发现，两个滑块的mv之和与mv
2
之和在碰撞前后几乎不变。这个实验结果提示我们两个滑块碰撞前后的mv之和、mv
2
之和均有可能是碰撞中的守恒量。改变实验中的碰撞方式，使碰撞后A、B两滑块一起运动。如图1-2所示，仍选用质量均为0.207 kg的A、B两个滑块，在两滑块相对的面上固定尼龙搭扣，一旦搭扣互相接触，两滑块将粘在一起。碰撞前滑块B静止，滑块A向右运动与滑块B碰撞，实验结果如表1-2所示。
AABB（a）（b）
图1-2 实验图（二）
表1-2 实验数据记录表（二）滑块质量m
= m = 0.207 kg
AB
-1-1-12-2
物理量v/（m·s）v/（m·sm（）v+mv）/（kg·m·s）（mv+mv）/kg·m（·s）碰撞前100.34207.08×
ABAABBAA2BB2
-2-2
2.42×10
-2-2
碰撞后0.1680.1686.96×101.17×10
在本次实验中，A、B两个滑块的质量与速度的乘积mv之和在碰撞前后几乎没有发生变化，但质量与速度平方的乘积mv
22
之和明显减小。可见，mvm 恒量。为了进一步研究不可能是碰撞中的守v之和是不是碰撞中的守恒量，应考虑更为一般的情况。如图1-3所示，选用两个质量不等的滑块m
和m，m = 0.207 kg，m。 = 0.104 kg碰撞前两滑块相向运动，滑块A向右运动，速度v
ACAC
的大小为0.544 m/s，滑块C向左运动，速度v
A
的大小为0.387 m/s；碰撞后两滑块弹开，滑块A向左运动，速度大小为0.069 m/s，滑块C向右运动，速度大小为0.832 m/s。
C
4
ACAC（a）（b）
图1-3 实验图（三）
将第三次实验的数据填入表1-3，讨论A、C两滑块碰撞前后质量与速度的乘积mv之和是否保持不变。
表1-3 实验数据记录表（三）m
= __________ kg，m = __________ kg
AC
-1-1-1-1-1
物理量v/（m·s）v/（m·sm）/（kg·m·s）ms/kg·m·（） （m+m/s（kg·m·））碰撞前碰撞后
vvvv
ACAACCAACC
分析表1-3中的数据可知，两滑块碰撞前后质量与速度乘积mv的矢量和基本保持 不变。综合上述实验结果可以猜想，在碰撞中的守恒量可能是mv的矢量和。在物理学中，把物体的质量与速度的乘积称为动量（momentum），用符号p表示。p = mv在国际单位制中，动量的单位是千克·米/秒（kg·m/s）。动量是一个矢量，它的方向与速度的方向相同。大量实验表明，在一定条件下，相互作用的两物体动量的矢量和是守恒量。
与
问题 思考
相互作用中的守恒量动量5第一节
图1-4
图1-5图1-6
表1-4
碰撞前B的速度v碰撞后A的速度v
碰撞情况碰撞前A的速度v
'碰撞后B的速度v1 m/sA碰B'00.33 m/s1.33 m/sB碰A01 m/s0.66 m/s-0.33 m/s
ABAB
6
第二节
物体动量变化的原因 动量定理
通过碰撞实验寻找相互作用中的守恒量时发现，碰撞前后两个物体动量的矢量和不变，但每个物体的动量都发生了变化。单个物体动量发生变化的原因是什么？
冲量
推动一辆质量为m的小车，使其由静止开始加速到速度v，小车的动量由0增加为mv。由牛顿运动定律可知，若由一名儿童用较小的力推动该车，所需的时间较长；换由一位成人用较大的力推，则所需时间较短。可见，物体动量的变化不仅与作用力有关，还与力的作用时间有关。假设小车仅在水平恒力F的作用下，沿光滑的水平地面做匀加速直线运动，从t
到t（Δt = t - t
0
），速度由v增加到v，则动量由mv象mv。以小车为研究对增大到，设小车加速度为a，由牛顿第二定律和运动学知识可知F = ma t - t
000
v - v
Δva = = 整理可得F(t - t
0
Δt
0
vmv-m) = = p - p
000
即 FΔt = p - p
0
pp分别表示加速过程始、末两个状态小车的动量。上式表明，小车动量的变化由作用力F和和作用时间Δt共同决定，只要两者的乘积FΔt相同，小车动量的变化就相同。在物理学中，把作用力与其作用时间的乘积称为冲量（impulse），用符号I表示。I = FΔt冲量是矢量，它的方向与力F的方向一致。在国际单位制中，冲量的单位是牛顿·秒，符号为N·s。利用�
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