高一家教物理第一讲运动的描述

第一章  运动的描述  1、 机械运动：一个物体相对于另一物体位置的改变（平动、转动、直线、曲线、圆周），也可以说是物体的空间位置随时间的变化。 理解时注意：①运动是绝对的，静止是相对的； ②自然界中一切物体都在不停地运动着； ③描述物体的运动必须要有个参照； ④位置的变化：一个物体相对于另一物体，物体的一部分相对于另一部分。 2、 平动：物体各部分运动情况都相同。    转动：物体各部分都绕圆心作圆周运动。 参考系：假定为不动的物体 物理学家海森堡说：“为了理解现象，首要条件是引入适当的概念，我们才能真正知道观察到了什么。” 第一节：质点、参考系和坐标 一、物体和质点 质点：用来代替物体的有质量的点．质点是一种科学的抽象，在物理学中，突出问题的主要方面，忽略次要因素，建立理想化的“物理模型”，并将其作为研究对象，是经常采用的一种科学研究方法。质点就是这种物理模型之一。质点是只有质量而无大小和形状的点，质点只占有位置而不占有空间。 物体可以看作质点的条件：物体的形状、大小、体积对所研究的问题的影响可以忽略不计。包括两大类情况：第一，平动的物体通常可以视为质点。（平动是指物体上任意一点的运动与整体的运动相同），如水平传送带上的物体随传送带的运动。第二，有转动，但相对于平动而言可以忽略不计时，仍可以把物体视为质点。如汽车在运行时，车轮虽然有转动，但是我们关心的是车辆整体的运动快慢，仍可以看作质点。 思考： 1．地球是一个庞然大物，直径约为12 800km，与太阳相距1．5Xl08 km．研究地球绕太阳的公转时，能不能把它看成质点?研究地面上各处季节变化时，能不能把它看成质点? 2.某同学从家中走1km到学校，能不能看作质点？该同学作课间操，能不能看作质点？ 小结： 1、同一物体能否看作质点，要看具体情况。 2、当物体的形状和大小对所研究的问题影响很小时，就可以看作质点。 理解质点的概念要注意以下四点： （1）质点忽略了无关因素和次要因素，是简化出来的理想的、抽象的模型，客观上不存在。    （2）大的物体不一定不能看成质点，小的物体不一定就能看成质点。 （3）转动的物体不一定不能看成质点，平动的物体不一定总能看成质点。 （4）某个物体能否看成质点要看它的大小和形状是否能被忽略以及要求的精确程度。 例题1、下列关于质点的说法正确的是（    ） A、质点是一个理想化模型，实际并不存在 B、因为质点没有大小，所以与几何中的点没有区别 C、凡轻小的物体，都可看作质点 D、如果物体的大小和形状对所研究的问题属于无关或次要因素，就可以把物体看作质点。 例题2、研究下列运动时，可以把物体看作质点的是                    （    ） A、做精彩表演的花样滑冰运动员 B、参加马拉松比赛的运动员 C、研究飞出枪口的子弹运动轨迹时的子弹 D、研究绕地球运动一周所用时间的航天飞机 二、参考系 为了确定物体的位置和描述物体运动而被选作参考的物体或物体系。它是假定为不动的物体。 理解参考系的概念要注意： 1.参考系可以任意选取,一般以地面为参考系 2.同一个物体，选择不同的参考系，观察的结果可能不同 3.一切物体都在运动，运动是绝对的，而静止是相对的 参考系选取的原则：应以观测的方便和使运动的描述尽可能简单为原则。一般应根据研究对象和研究对象所在的系统决定。例如研究地球公转，一般选取太阳为参照物；研究地面上物体的运动时，通常以地面或相对地面静止的物体为参照物。今后，凡是没有特殊说明的，一般均认为以地面为参照物。 例题1、以下说法正确的是                                            （  ） A、参考系就是不动的物体 B、任何情况下，只有地球才是最理想的参考系 C、不选定参考系，就无法研究某一个物体是怎么运动的 D、同一物体的运动，对不同的参考系可能有不同的观察结果 例题2、甲、乙、丙三架光电梯，甲中乘客看到一座高楼在向下运动，乙中乘客看甲在向下运动，丙中乘客看甲、乙都在向上运动，这三架电梯的运动情况可能有那些？ 例3一煤块由静止放到水平向右匀速运动的白色传送带上，煤块在传送带上划出一段黑色的痕迹，若以传送带为参考系，则煤块在传送带上划痕的过程可以描述为      （    ） A向右做匀加速运动      B向右做匀减速运动 C向左做匀减速运动      D向左做匀加速运动 小结： 1、运动和静止都是相对于参考系的． 2、参考系的选取是任意的。 3、选择不同的参考系，观察的结果可能不一样，也可能一样． 4、选择参考系时，应使物体运动的描述尽可能简单、方便． 5、比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义。 三、坐标系 为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。 例1 一个物体从桌面上方离桌面2m处下落了4m后静止，若以桌面上某一点为坐标原点，取竖直向上为正方向，则物体的最终坐标为  （  ）。  小结： 1、描述直线运动的物体的位置变化，可以建立一维直线坐标系． 2、描述平面上运动的物体的位置变化，可以建立二维平面直角坐标系． 3、描述立体空间内运动的物体的位置变化，可以建立三维立体空间坐标系． 应用：全球定位系统、车载定位系统等等。 本节小结： 一、质点：用来代替物体的有质量的点． 二、参考系：为了确定物体的位置和描述物体的运动而被选作参考的物体或物体系。 三、坐标系：为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系 第二节：时间和位移 一、时刻和时间间隔 思考：我国在2003年10月成功地进行了首次载人航天飞行．10月15日09时0分，“神舟”五号飞船点火，经9小时40分50秒至15日18时40分50秒，我国宇航员杨利伟在太空中层示中国国旗和联合国旗，再经11小时42分10秒至16日06时23分，飞船在内蒙古中部地区成为着陆．在上面给出的时间或时刻中，哪些指的是时间，哪些又指的是时刻? 1.时刻：表示时间坐标轴上的点即为时刻，即时刻是指某一瞬时，可以用数轴上的点表示，例如几秒初，几秒末。 时间：前后两时刻之差，时间间隔简称时间，在数轴上用一段线段来表示。时间坐标轴线段表示时间，第n秒至第n+3秒的时间为3秒，（对应于坐标系中的线段）。 例1以下的计时数据指时间的是                                      （    ） A中央电视台的新闻联播时间是19:00    B某人用15秒跑完100米 C某场足球赛开赛15分钟时甲队先进一球 D芜湖开往宣城的火车12:10出发 例2在时间轴上标出下列时间： 1、第3s初 2、第5s末 3、第4s 4、前4s 例3．学习了时间与时刻，蓝仔、红孩、紫珠和黑柱发表了如下一些说法，正确的是…(    ) A. 蓝仔说，下午2点上课，2点是我们上课的时刻 B．红孩说，下午2点上课，2点是我们上课的时间 C．紫珠说，下午2点上课，2点45分下课，上课的时刻是45分钟 D．黑柱说，2点45分下课，2点45分是我们下课的时间 2、路程和位移 1.路程：路程是指物体实际运动轨迹的长度，路程只有大小，是标量，可能是直线也可能是曲线，也可能是折线。 2.位移：表示质点位置改变的物理量，是一个矢量，既有大小，又有方向。它可以用一条自初始位置指向末了位置的线段表示。位移的大小等于质点始末位置间的距离，表示位置变动了多少。位移的方向由初始位置指向末了位置，表示位置向哪个方向变化。位移只取决于初末位置，与路径无关。位移是过程量，与一段时间相对应。 3.位移与路程的区别： (1)位移表示质点位置的变动的物理量.路程则是表示质点通过的实际轨迹长度的物理量 (2)位移是矢量(即有大小又有方向)大小为有向线段的长度，方向为有向线段的方向路程是标量(只有大小没有方向)。 (3) 位移与质点的运动路径无关，只与初位置、末位置有关.路程不仅与质点的初末位置有关,还与路径有关。 只有当质点做单向直线运动时,位移的大小才等于路程。 物体从A运动到B,不管沿着什么轨迹，它的位移都是一样的。这个位移可以用一条有方向的（箭头）线段AB表示。 例1下列关于位移和路程的说法中，正确的是………………（  ） A位移大小和路程不一定相等，所以位移才不等于路程 B位移的大小等于路程，方向由起点指向终点 C位移描述物体相对位置的变化，路程描述路径的长短 D位移描述直线运动，路程描述曲线运动 例2关于位移和路程，下列说法正确的是                            （    ） A沿直线运动的物体，位移和路程是相同的  B质点沿不同的路径由甲到乙，其路程可能不同而位移是相同的 C质点通过一段路程，位移可能为零 D质点运动的位移可能大于路程 3、矢量和标量 矢量：在物理学中，既有大小又有方向的物理量叫矢量，如位移、速度。 标量：在物理学中，只有大小而没有方向的物理量叫标量，如质量、温度。 例1物体从A运动到B,初位置的坐标是XA＝3m,XB=-2m,它的坐标变化量ΔX＝？ 第三节  运动快慢的描述——速度 知识点回顾：初中时即学过速度，其计算是v=s/t，由公式可以看出，速度是表示路程随时间变化快慢的物理量，因此要描述路程随时间变化的快慢，只需要计算速度的大小即可。随着学习的深入，的速度与初中的速度是不同的。 初中关于运动学习了匀速直线运动。真正能做到在任何相等的时间内的位移都相等的匀速运动是很少见的。通常做直线运动的物体，一般要经历从静止到运动，又由运动到静止的过程，在这些过程中，物体运动的快慢是不断变化的。例如，飞机起飞的时候，在跑道上越来越快；火车进站的时候，运动越来越慢。它们的共同特点是在相等的时间内位移不相等，我们称之为变速直线运动。 1.变速直线运动 物体在一条直线上运动，如果在相等的时间内，位移不相等，这种运动就叫做变速直线运动。也就是说，做变速直经运动的物体，在相等的时间内位移不相等，所以它没有恒定的速度。怎样来描述它运动的快慢呢？例如，百米运动员，10s内跑完100m，可以说他平均1s内跑10m。这里就给出平均快慢的概念。 2．平均速度 在变速直线运动中，运动物体的位移和所用时间的比值，叫做这段时间(或这段位移)的平均速度。 说明：这实际上是把变速直线运动粗略地看成是匀速运动。例如：百米运动员跑100m用10s，他的平均速度 若这位运动员自始至终用10m/s的速度匀速跑完100m，所用时间也为10s。总效果相同。 这是物理学的重要研究方法——等效方法，即用已知运动研究未知运动，用简单运动研究复杂运动的一种研究方法。另外，平均速度只是粗略地表明了物体运动的快慢。对于此百米运动员，很难找到他哪个1s跑了10m。需要强调的是，10m/s只代表此运动员在这10s内(或这100m内)的平均速度，而不代表他前50m的平均速度，也不代表他后50m的平均速度。 例如，汽车在第一个10min、第2个10min和第三个10min的位移分别是10 800m、11 400m、13 800m，可分别求出它在每个10min的平均速度，以及在这30min的平均速度，见下表： 第1个10min 第2个10min 第3个10min 这30min s／m 10800 11400 13800 36000 18 19 23 20           从表中可以看出，平均速度应指明是哪段时间的。还可以看出上述汽车是做变速直线运动，知道了车每10min的平均速度，就比只知道汽车在这半小时的平均速度，对汽车运动的快慢了解的更准确。又如，要知道百米运动员通过的60m位置时的速度，方法有：可测他通过前10m到后10m这20m的平均速度； 可测他通过前1m到后1m这2m的平均速度。 ……选取的位移间隔(或时间间隔)越短，就越能准确地知道运动员通过60m位置时的速度。若设想运动员跑到60m位置时，改做匀速运动，测出他以后匀速运动的速度，就知道了他通过的60m位置的速度。 3.瞬时速度：运动物体在某一时刻(或某一位置)的速度，叫做瞬时速度。平均速度只能粗略地描述变速运动，瞬时速度才能精确地描述变速运动。实例：火车提速。 4.速率：速度的平均值叫速率。 本节需要注意的知识点： ①速度和速率常常有些同学混淆不清。速度是矢量不但有大小, 而且有方向。速率通常是指速度的大小, 这在今后解决问题时会用到。 ②这里第一次出现用比值的形式表示物理量之间的关系, 只考虑速度大小, 称之为定义式。将来随着学习深入, 还会出现, 决定式和量度式。 ③由于匀速直线运动中, 速度大小、方向都不变, 所以匀速直线运动是速度不变的运动。            ④由速度的定义式可以准确的预测物体在给定时间内的位移即称 之为匀速运动的位移公式。 例1一质点沿直线AB运动，先以速度V从A匀速运动到B，接着以速度2V沿原路返回到A，已知A、B间距离为x，求整个过程中的平均速度和平均速率。 例2在2004年雅典奥运会上，甲乙运动员分别参加了在主体育场举行的400米和100米田径决赛，且两人都是在最内侧完成了比赛，则两人在各自的比赛过程中通过的位移大小X甲 、 X乙和通过的路程大小S甲、S乙之间的关系是            （    ） A X乙