普通高中教科书
物理
必修
第二册
上海科学技术出版社


主  编：蒋最敏 高 景本册主编：朱 臻编写人员：（以姓氏笔画为序）　　　　　朱 臻 李希凡 杨鸣华 杨 炯 徐建军 廖 灿 谭一宁
责任编辑：金波艳 李林高美术设计：房惠平普通高中教科书 物理 必修 第二册上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写
出      版　上海世纪出版(集团)有限公司　上海科学技术出版社
　　　　　（上海市闵行区号景路159弄A座9F-10F　邮政编码201101）
发      行　上海新华书店
印      刷　上海中华印刷有限公司
版      次　2021年1月第1版
印      次　2022年1月第2次
开      本　890毫米×1240毫米　1/16
印      张　7.25
字      数　153千字
书      号　ISBN 978-7-5478-5219-4/G·1024
定      价　9.30元
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1
目录
目
录
/ 1
第五章·曲线运动
第一节 曲线运动 / 2
第二节 平抛运动 / 6
第三节 圆周运动 / 12
第四节 向心力 向心加速度 / 17
第五节 圆周运动的应用 / 23
/ 32
第六章·万有引力定律
第一节 行星的运动 / 33
第二节 万有引力定律 / 37
第三节 万有引力定律的应用 / 41


2
目录
/ 50
第七章·机械能守恒定律
/ 51
第一节 功
/ 58
第二节 功率
/ 64
第三节 动能 动能定理
/ 69
第四节 重力势能
/ 76
第五节 机械能守恒定律
第八章·牛顿力学的局限性 与相对论初步
/ 87
/ 88
第一节 牛顿力学的局限性
/ 92
第二节 相对论初步
/ 102
第三节 宇宙的起源与演化


1
 
图示为游乐场内过山车的照片。过山车是一种颇受人们欢迎的游乐项目，过山车上的游客随过山车沿轨道做曲线运动。曲线运动与之前学过的直线运动有不同的特点，具有更复杂的规律。过山车上的游客在运动过程中的速度、加速度是如何变化的？受力情况又是怎样的？
第五章 
曲线运动
· 在本章中我们将：1. 了解物体的曲线运动及其条件
，认识平抛运动规律，用线速度、角速度和周期等概念描述匀速圆周运动。2. 通过实验探究平抛运动和匀速圆周运动的规律。3. 运用运动合成与分解的方法分析生活中的抛体运动
，运用牛顿第二定律分析匀速圆周运动，了解离心现象及其成因。
· 本章的学习中将用到匀变速直线运动的规律和牛顿第二定律。
· 本章的学习有助于运动观念的进一步提升，并为分析实际生活中的复杂运动奠定基础。


2
图5-1 滑雪
第一节
曲线运动
在日常生活中，物体的运动轨迹一般是比较复杂的曲线。物体沿曲线所做的运动叫曲线运动（curvilinear motion）。图5
-1中的滑雪运动员、图5-2（a）中投出的篮球和图5-2（b）中行驶的自行车所做的运动都是曲线运动。做曲线运动的物体，在不同时刻、不同位置的运动方向一般都是不同的。
（a）（b）
图5-2 常见的曲线运动


3
第一节 曲线运动
如何确定做曲线运动物体速度的方向？
如图5-3所示，用牙签和圆形硬纸板制作一个纸板
陀螺，在纸板边缘滴上墨水，将陀螺放在白纸上，旋转陀螺使墨水飞出，观察墨水在白纸上留下的径迹。
图5-3 纸板陀螺
可以观察到，墨水沿圆纸板的切线方向飞出。
大量事实表明，做曲线运动物体速度的方向是时刻改变的，物体在某一点的瞬时速度方向沿曲线在该点的切线方向，如图5
-4所示。速度是矢量，不论速度的大小是否改变，只要速度的方向改变，就表示速度发生了变化，所以曲线运动是变速运动，做曲线运动的物体具有加速度。
图5-4 曲线运动速度的方向
物体做曲线运动的条件是什么？
对投出的篮球进行分析，可以发现篮球受到的重力与速度方向是不同的，如图5
-5所示。根据牛顿第二定律，物体的加速度方向与物体受到的合力方向一致。当合力的方向与速度方向不同时，加速度方向也就与速度方向不同，物体运动的速度方向就会发生改变而做曲线运动。可见，物体做曲线运动的条件是：物体所受合力的方向与其速度方向不在同一直线上。
图5-5 重力使投出的篮球做曲线运动
在水平桌面上，一个乒乓球沿斜面滚下后做直线运
动。如图5-6所示，从侧面用力吹乒乓球，使乒乓球运动经过指定位置，应该如何吹才能完成任务？
图5-6 吹乒乓球


4
如何研究曲线运动？
早在17世纪，伽利略就已经提出了研究曲线运动的方法，他认为可以把曲线运动分解为两个相互垂直方向的运动。设想石块从一艘匀速行驶的帆船桅杆顶部下落；并假定当船停着不动时，石块从桅杆顶部落到甲板需要的时间相当于脉搏跳动2次的时间
。当船向前匀速航行时，使石块从桅杆顶部同一位置落下，石块落到甲板上时间不变，石块的运动轨迹就是一条曲线，如图5
-7所示。石块所做的曲线运动可看成是由竖直方向的自由落体运动和水平方向的匀速直线运动组合而成的。这两个运动称为石块的分运动，而它们的合运动就是石块所做的曲线运动。在研究曲线运动时，通常把它看成两个简单直线运动的组合，从而使问题变得容易研究。既然一个运动可以看成两个分运动的组合，那么只要知道每个分运动的规律，就可以得到合运动的规律。由于描述物体运动的位移、速度和加速度等物理量都是矢量，那么，两个分运动在一段时间内的位移、速度和加速度等物理量的矢量和就是该段时间内物体合运动的位移、速度和加速度。这种已知分运动求合运动的方法，称为运动的合成。反之，由已知的合运动求分运动的方法，称为运动的分解。把石块开始下落的点设为坐标原点O，以水平向右和竖直向下分别为x轴和y轴的正方向建立平面直角坐标系，如图5
图5-7 行驶的帆船
一
运动的叠加原理·一个运动可以看成两个或几个运动的合成或叠加，这两个或几个运动是同时进行的且互不干扰。
-8所示。然后，分别研究x轴、y轴这两个方向的分运动——直线运动的规律，得出两个分运动的位移、速度和加速度。最后根据矢量合成的平行四边形定则，得到石块合运动的位移、速度和加速度。
图5-8 运动的分解与合成


5
第一节 曲线运动
设江水的流速为6 km/h，轮船在静水中行驶的速度为12 km/h。当驾驶员驾驶轮
船垂直向对岸方向航行时，轮船实际行驶的方向如何？速度大小为多少？如果江面宽200 m，轮船将行驶到对岸何处？
可见，在研究比较复杂的运动问题时，运用运动合成与分解的方法是十分有效的。同时，这一方法的运用要注意合运动与分运动之间、各分运动之间都具有等时性的特点。
与
问题 思考
图5-9
图5-10


6
图5-11 黄果树瀑布
第二节
平抛运动
如图5-12所示，将乒乓球向上抛出，将排球水平击出，将足球斜向踢出，这种以一定速度抛出，在空气阻力可以忽略、只在重力作用下的运动叫做抛体运动。若抛出物体的初速度沿水平方向，该物体的运动叫做平抛运动。图5
-11中瀑布顶端飞出的水滴，图5
-12（b）中水平击出的排球所做的运动，都可以近似看作平抛运动。
（a）（b）（c）
图5-12 常见的抛体运动
平抛运动有什么规律？
复杂的曲线运动可以看成是两个或多个简单运动的合成。下面，我们用运动合成与分解的方法通过实验来探究平抛运动的规律。


7
第二节 平抛运动
探究平抛运动的特点提出问题平抛运动有何特点？实验原理与方案做平抛运动的物体初速度沿水平方向，只受重力作用，可以将平抛运动分解为水平和竖直方向上的两个直线运动来研究。实验装置与方法如图5
-13所示的装置包含摆锤、弹性金属片和两个小球。当摆锤敲击弹性金属片时，小球A和B同时开始运动，小球A由于受到水平撞击做平抛运动，而小球B从原处落下做自由落体运动。通过比较做平抛运动和自由落体运动的小球落地先后，探究平抛运动竖直方向分运动的规律。如图5
-14所示的装置包含底部水平的斜槽、可以固定方格纸和复写纸的竖直板，以及可以上下移动的带凹槽的挡板。当小球从斜槽水平飞出后落在挡板的凹槽中时，由于小球受到凹槽的挤压会通过复写纸在方格纸上留下落点的位置。通过小球落点的位置，探究平抛运动水平方向分运动的规律。实验操作与数据收集（1）将摆锤拉开一定角度后释放
竖直方向分运动的规律探究平抛运动13 -图水平方向分运动的规律5探究平抛运动14 -5图
，摆锤击中弹性金属片，记录两个小球落地的先后。分别改变摆锤的释放角度和小球距地面的高度，重复实验，将数据结果记录到表5
-1中。（2）在竖直板上依次附上方格纸和复写纸
表5-1 实验数据记录表
实验序号12345两个小球落地的先后
，记录小球飞出点的位置，并标上水平方向和竖直方向。将挡板固定在某一高度，让小球由静止沿斜槽�