第一章運動的描述1質(zhì)點參考系時間

我們生活在一個運動的世界中,在我們的周圍,處處可以看到物體的運動:流星在夜空中劃過,鳥兒在空中飛翔,河水在奔流,樹葉在搖曳,車輛在行駛,機器在運轉……自然界中的一切物體都在不停地運動.通常認為不動的物體,如樹木、高樓、橋梁、山脈等其實也每時每刻隨著地球的公轉和自轉在運動著.宇宙中的一切,大到星系、星系團,小到微觀世界的分子原子,都處在永恒的運動中.運動是宇宙中的普遍現(xiàn)象.

如果僅研究物體的運動情況,不涉及引起運動變化原因的問題,則屬于運動學的研究范疇;如果涉及物體間相互作用對物體運動的影響問題,則屬于動力學的研究范疇.本章從物體的運動問題入手,運用科學抽象和理想模型的方法,逐步建立描述物體運動的位置、位移、速度、加速度等概念,從而為后續(xù)的學習打下基礎.

宇宙中的一切，大到星系、星系團，小到微觀世界的分子、原子，都處在永恒的運動中。運動是宇宙中的普遍現(xiàn)象。河水在奔流車輛在行駛太陽的自轉和行星的公轉機械運動定義：我們把物體相對于其他物體在空間位置上隨時間的變化，叫機械運動（mechanicalmoion），簡稱運動。

自然界中,物體運動的形式是多種多樣的:有沿直線的,也有沿曲線的;有變速的,也有勻速的;有來回往復的,也有旋轉的;有在同一平面上的,也有在空間中的……多種多樣的運動形式,為我們展示了自然界一幅幅生動多彩的畫卷.實際的運動是復雜多變的,為了便于研究,我們先引入幾個與運動描述相關的基本概念.情境導入

生活中隨處可見運動的物體，例如玩耍的孩童、行駛的汽車、翱翔的雄鷹……對于這些運動的物體，我們?nèi)绾螠蚀_地描述它們的運動呢？

在描述上述物體運動時，我們遇到了哪些困難和麻煩，這個困難和麻煩是由于什么原因造成的？想一想飛翔的海鷗

自然界物體的運動是多種多樣的，要想詳細而準確地描述物體上各部分的運動，是一件十分困難的事。問題思考

描述物體運動的困難和麻煩出在哪里？能不能克服這些麻煩呢？

詳細描述的困難就在于物體有自己的大小和形狀，物體各部分的運動情況有可能不一樣。問題思考是不是我們研究的所有問題，物體的大小和形狀都起關鍵作用而不可忽略呢？實例①：高速動車從上海開往廣州，如果要研究這列動車的運行時間，什么情況下可以不考慮動車的長度，什么情況下動車的長度不能忽略？

如果要研究這列動車從上海到廣州的運行時間時，動車的長度與廣州到上海的距離相比要小得多，就能不考慮動車的長度，這時可以把動車看成一個“點”，用一個“點”的運動代替整列動車的運動。

但如果討論的是這列動車通過隧道或道口的時間，動車的長度就不能忽略，也就不可以把動車看成一個“點”了。實例②：我們生活的地球在繞太陽公轉，同時又在自轉，什么情況下可以不考慮地球的大小，什么情況下地球的大小不能忽略？（地球的直徑是1.3×104km，地球到太陽的距離約為1.5×108km）地球的直徑相比地球到太陽的距離遠遠小得多，如果研究地球繞太陽公轉，由地球的大小而引起的地球上各部分的運動差異就可以忽略不計，可以把地球看成一個“點”去研究；但如果研究一架飛機從南京飛向北京的情況，這時候就不能忽略地球的大小，不可以把地球看成一個“點”去研究了。討論與交流

有人認為,體積很小的物體可以被看成質(zhì)點,體積很大的物體不能被看成質(zhì)點;只有低速運動的物體才可被看成質(zhì)點,高速運動的物體不可被看成質(zhì)點.上述觀點正確嗎?

我們有時候關注物體各部分的運動，有時關注物體的整體運動，因此如何描述物體的運動要看我們關注的問題是什么。當物體的大小與形狀在研究的問題中影響很小，可忽略不計時，我們就可以把物體看成一個“點”。定義：物理學中，我們把用來代替物體的有質(zhì)量的點，叫做質(zhì)點（masspoint）。這樣對實際物體運動的描述，就簡化成對質(zhì)點運動的描述。知識提煉一、質(zhì)點1．質(zhì)點：用來代替物體的有質(zhì)量的點。2．關于質(zhì)點的認識(1)質(zhì)點是用來代替物體的有質(zhì)量的點，其突出的特點是“具有質(zhì)量”和“占有位置”，但是質(zhì)點沒有大小、體積、形狀，它與幾何中的“點”有本質(zhì)區(qū)別．(2)質(zhì)點是實際物體的一種高度抽象，是一種“理想化模型”，實際中并不存在．(3)物體可視為質(zhì)點的三種情況：①做平動的物體可視為質(zhì)點．所謂平動即物體上各部分的運動情況都相同，物體上任一點的運動情況都能反映物體的運動，如從斜面上滑下來的木塊．②物體有轉動，但相對于平動而言可以忽略其轉動時，可把物體視為質(zhì)點．如汽車在運行時，雖然車輪轉動，但我們研究的是車輛整體的運動快慢，這時可將汽車視為質(zhì)點．③問題所涉及的空間距離遠遠大于物體本身的大小時，通常物體自身的大小可以忽略不計，這時可將物體視為質(zhì)點．3．理想化模型(1)在物理學中，突出問題的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的物理模型并將其作為研究對象，是經(jīng)常采用的一種科學研究方法．(2)“理想化模型”是為了使研究的問題得以簡化或研究問題方便而進行的一種科學的抽象，實際并不存在．例1.下列說法正確的是(

)A．運動中的地球不能看成質(zhì)點，而原子核可以看成質(zhì)點B．研究火車通過路旁一根電線桿的時間時，火車可看成質(zhì)點C．研究奧運會乒乓球女單冠軍張怡寧打出的乒乓球時，能把乒乓球看成質(zhì)點D．研究在平直的高速公路上飛馳的汽車的速度時，可以將汽車看成質(zhì)點解析：當研究地球的公轉時，由于地球直徑(約1.3×107m)比地球與太陽之間的距離(約1.5×1011m)要小得多，可以忽略不計，可以把地球看成質(zhì)點(忽略地球的自轉)；當研究地球的自轉引起的晝夜交替等現(xiàn)象時，就不能忽略地球的大小和形狀，當然就不能把地球看成質(zhì)點了．

當研究電子繞原子核的運動情況時，因為原子核的半徑只相當于原子半徑的十萬分之一，所以可以把原子核看成質(zhì)點；但若研究有關原子核結構的問題時，就不能把原子核看成質(zhì)點，選項A錯；

研究火車通過路旁的一根電線桿的時間時，因電線桿的粗細比火車的長度小得多，故電線桿可看成質(zhì)點，而火車不能看成質(zhì)點，選項B錯；

在平直的高速公路上飛馳的汽車，盡管車輪在轉動，但我們研究的是汽車的速度，對整個車的運動來講，車輪的轉動不是研究的主要問題，可將車看成質(zhì)點，D正確．故選D.奧運冠軍張怡寧打出的乒乓球雖小，但飛旋多變，不能看成質(zhì)點，C錯誤；如何解釋物體的運動或靜止？想一想物體的運動是相對的——運動的相對性

描述運動要尋找參考物體觀察觀察:同樣的物體，運動是否會不同？知識提煉二、參考系1．參考系：研究一個物體運動時，選來作為參考的其他物體。(1)有了參考系，才能確定物體的位置．(2)參考系選得不同，則對同一個物體的運動得出的結論也不同．通常在研究地面上物體的運動時，如果不聲明參考系，則默認以地面為參考系．2．參考系的四性(1)標準性，選作參考系的物體都假定不動，被研究的物體是運動的還是靜止的，都以參考系為標準．(2)任意性，參考系的選取具有任意性，但應以觀察方便和使運動的描述盡可能簡單為原則。(3)統(tǒng)一性，比較不同物體的運動或同一個物體不同階段的運動都應選擇同一參考系．(4)差異性，對于同一物體選擇不同的參考系結果一般不同．3．參考系的特征(1)由于運動描述的相對性，凡是提到物體的運動，都應該明確它是相對哪個參考系而言．(2)在同一個問題當中，若要研究多個物體的運動或同一個物體在不同階段的運動時，必須選取同一個參考系．(3)無論物體原來運動情況如何，一旦把它選為參考系，就認為它是靜止的．例2.下列關于參考系的認識正確的是A．只有靜止的物體才能被選作參考系

B．對物體的運動的描述與參考系的選擇無關C．描述一個物體的運動，一定要選擇參考系D．做直線運動的物體，無論選哪個物體為參考系，其運動軌跡都不可能是曲線C4.坐標系為了定量描述物體的位置及位置的變化，需要在參考系上建立適當?shù)淖鴺讼?。如果物體沿直線運動，我們可以以這條直線為x軸，在直線上規(guī)定原點、正方向和單位長度，建立直線坐標系。建立坐標系后，我們就可以用坐標表示質(zhì)點的位置，用坐標的變化描述質(zhì)點的位置變化。問題思考若某一物體運動到點A、此時它的坐標是多少？若運動到點B呢？問題思考若某人從學校門口A處開始散步，先向南走了50m到達B處，再向東走了100m到達C處，最后又向北走了150m到達D處，則A、B、C、D各點的位置如何表示？xyxA＝2m，xB＝-1mA（0，0）、B（0，-50m）C（100m，-50m）、D（100m，100m）討論與交流我們在利用網(wǎng)絡平臺購買機票時,可以從如圖所示的頁面中得知某航班的時間信息:該航班從廣州起飛的時間為14:00,到達北京的時間為17:05，飛行時間為3小時5分鐘.請問以上對“時間”的說法有什么不同?知識提煉三、時間1．時刻：某一瞬間。2．時間間隔：兩個時刻之間的間隔。有時也簡稱時間。3．二者的關系：用t1和t2分別表示兩個時刻，Δt表示兩個時刻之間的時間間隔，則Δt=t2－t1。4．注意幾種時間和時刻常見的說法(1)第1秒末，第2秒末，第3秒末……第n秒末。意義：時間軸上對應數(shù)值為n的一個點，為時刻。例如，第3秒末為時間軸上數(shù)值為3的點。相同意義的名稱：第1秒末=第2秒初，第2秒末=第3秒初……第n秒末=第n+1秒初。(2)第1秒內(nèi)，第2秒內(nèi)，第3秒內(nèi)……第n秒內(nèi)。意義：時間軸上從數(shù)據(jù)n-1到數(shù)據(jù)n的長度為1秒的一段時間。(3)前1秒，前2秒，前3秒……前n秒。意義：時間軸上從數(shù)字0到數(shù)字n的長度為n秒的一段時間。例如，第4秒內(nèi)即指時間軸上數(shù)值為3和4之間的1秒鐘間隔。例如，前4秒即指時間軸上數(shù)值為0到4之間的4秒鐘間隔。相同意義的名稱：前1秒=前1秒內(nèi)，前2秒=前2秒內(nèi)……前n秒=前n秒內(nèi)。問題思考一物體沿直線從O點開始運動，如果各點之間的時間間隔都是1s，則下列各