第一節(jié)運動的描述

第一節(jié)

運動的描述四、速度和速率一、質(zhì)點二、時刻和時間三、位移和路程

一、質(zhì)點實際物體（如自行車、汽車、火車等）的運動都是非常復(fù)雜的，要詳盡地描述這些運動，并非易事。例如，一列正在行駛的火車，既有火車整體相對于地面的平動，又有車輪的轉(zhuǎn)動，還有車體的振動，等等，因此要全面描述火車的運動是相當(dāng)困難的。為了便于研究，就需要對物體進行簡化，突出影響問題的主要因素，忽略次要因素。例如：在研究一列從北京開往上海的列車的運動問題時，由于列車的總長度約為150m，而從北京開往上海的總里程約為1500km，火車的長度是總里程的萬分之一，因此火車的大小、形狀等因素對研究問題的影響很小，可以不考慮，只突出火車的質(zhì)量及其占據(jù)空間的某一位置這兩個主要因素。在上面這種情況下，我們可以把火車簡單地看作一個有質(zhì)量的點——質(zhì)點，它是一種理想化的物理模型。在下面這種情況下，如在研究這列火車經(jīng)過一座橋的運動時，由于火車的長度可以跟大橋的長度相比擬，它就成了解決問題的主要因素，這時就不能把火車簡化為質(zhì)點。

二、時刻和時間

時刻指的是一個瞬間，時間指的是兩個時刻之間的間隔。例如，我們常說上午第一節(jié)課在8時上課，8時45分下課。如果用一個數(shù)軸來表示時刻和時間，則時刻應(yīng)該用點來表示，時間用線段來表示，如下圖所示。這里的“8:00”和“8:45”是這節(jié)課開始和結(jié)束的兩個時刻，而這兩個時刻之間的間隔45

min，則是兩個時刻之間的時間。在SI（國際單位制）中，時間的單位是s（秒），如下圖所示的時間軸上標(biāo)出了零時刻、第2s初、第3

s末等時刻和第1

s內(nèi)、1

s內(nèi)、3

s內(nèi)等時間。

三、位移和路程

一個人從北京去上海，可以選擇不同的交通工具，既可以乘火車，也可以乘飛機，還可以坐汽車到天津再換乘輪船。使用不同的交通工具，運動軌跡是不一樣的，但是，就位置的變動來說，他都是由北京到達了東南方向直線距離約

1080km的上海，如下圖所示。在物理學(xué)中，用位移來表示質(zhì)點的位置變化。當(dāng)質(zhì)點從A點運動到B點時，我們從初位置A到末位置B作一條有向線段AB，用這條有向線段表示物體在這次運動中發(fā)生的位移，如右圖所示。有向線段的長度表示位移的大小，有向線段的方向表示位移的方向。在物理學(xué)中，像位移這樣既有大小，又有方向的物理量，叫作矢量。位移通常用字母s表示，它的SI單位是m（米）。

路程是質(zhì)點運動軌跡的長度。在上圖中，質(zhì)點的路程分別是曲線ACB、ADB、AEB的長度。像路程這樣只有大小，沒有方向的物理量，叫作標(biāo)量。

四、速度和速率不同物體的運動，其快慢程度往往不同。例如，運動員甲在8s內(nèi)跑過了64

m；運動員乙在6s內(nèi)跑過了54m。他倆誰跑得快呢？比較物體運動的快慢有兩種方法：一種是在位移相同的情況下，比較所用時間的長短：時間短的，運動得快；另一種是在時間相同的情況下，比較位移的大?。何灰拼蟮?，運動得快。由于第二種方法更接近人們的生活習(xí)慣，因此，人們把位移s與發(fā)生這個位移所用時間t的比值叫作物體的速度，通常用v表示，即速度不但有大小，而且有方向，是矢量。速度的大小在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)位移的大小，速度的方向跟運動的方向相同。速度的SI單位是m/s（米/秒），常用的單位還有km/h

（千米/時）。

1m/s=3.6km/h我們可計算出前例中運動員甲、乙的速度分別為：用上面的公式計算出的速度，表示物體在某段時間（或位移）內(nèi)運動的平均快慢程度，叫作平均速度。平均速度只能粗略地描述運動的快慢。

2006年7月11日，劉翔在瑞士洛桑國際田徑大獎賽男子110米欄比賽中，以12秒88的成績奪得冠軍，并打破世界紀(jì)錄。他在比賽中的平均速度是為了使描述更加精確，就需要選擇物體在較短時間內(nèi)的位移與時間的比值。如果這段時間取得足夠小，就可以認為是物體在某一時刻（或某一位置）的速度，這個速度叫作瞬時速度。瞬時速度可以精確地描述物體運動的快慢。因為，所以說運動員乙跑得比甲快。

演示實驗

把打點計時器固定在桌子上，連接好電路，如下圖所示。用打點計時器測量瞬時速度安裝好紙帶。啟動電源，用手水平地拉動紙帶，紙帶上就打出了一列小點，如下圖所示。關(guān)閉電源。由于每兩個點之間的時間都是0.02s，因此，選擇某一點A，測量出該點左右兩點B、C間的位移大小，除以時間0.04s，即可視為紙帶經(jīng)過A點時的瞬時速度。

DIS實驗室

用光電門測量瞬時速度

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，中職物理的實驗手段趨于多樣化。DIS（即數(shù)字信息系統(tǒng)，由傳感器＋數(shù)據(jù)采集器＋實驗軟件＋計算機構(gòu)成）應(yīng)用于物理實驗，大幅度提高了實驗精度和實驗效率。將實驗用長木板的一端在桌面上支撐起來，形成一個斜面。將光電門連接到DIS實驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器上，放置在長木板的邊上。調(diào)節(jié)光電門的高度，嘗試著讓小車從斜面上滑過，使小車上的擋光片可以順利地通過光電門，實驗裝置如下圖所示。打開DIS實驗系統(tǒng)中的速度測量功能，從一定高度釋放小車，即可在顯示屏上顯示出小車經(jīng)過光電門時的速度值。更換不同寬度的擋光片，再將小車從原處釋放，可以得到近似但不同的速度值。擋光片的寬度越小，得到的結(jié)果越接近小車經(jīng)過光電門時瞬時速度的真實值。速度的大小叫作速率，是標(biāo)量。汽車上的速度計只能顯示汽車速度的大小，不能顯示汽車運動的方向，所以它顯示實際上是汽車的瞬時速率。表1-1一些運動物體的速率或平均速率

(單位：m/s)手扶拖拉機

0.27～1.1內(nèi)河輪船

2.8～2.9遠洋輪船

8.3～16.67?自行車（一般）

5比賽時奔跑的馬

15核動力航空母艦

17快速奔跑的野兔18快速航行的核潛艇23.1摩托車

23.6B-52轟炸機

280聲速（0℃空氣中）

331短跑中的運動員

10普通列車

33高速列車

6?0磁懸浮列車

140軍用噴氣式飛機

600?步槍子彈

9.0×102普通炮彈

1.0×103遠程炮彈

2.0×103單級火箭

4.5×103繞太陽旋轉(zhuǎn)的地球

3.0×104光在真空中傳播

3.0×108練習(xí)1-1

1．地球的直徑約為12800km，與太陽相距1.5×108km。當(dāng)我們研究地球的公轉(zhuǎn)時，能不能把它看成質(zhì)點？研究地球上各處季節(jié)變化時，能不能把它看成質(zhì)點？答案：能；不能。

2．一位運動員在學(xué)校里周長為400m的標(biāo)準(zhǔn)跑道上跑了三圈，他跑過的路程是多少？他的位移是多少？答案：路程是1200

m，位移是0。

3．2006年7月1日，世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路——青藏鐵路全線通車。下面是從北京開往拉薩的T27次列車的時刻表，請說出火車到達西寧的時刻、停車時間、開出時刻，估算從北京到格爾木以及從格爾木到拉薩的平均速度。序號車站到達時間開車時間走行時間路程（km）1北京西始發(fā)站20:00002石家莊北22:3322:392h33min2913太原00:5000:564h50min5164中衛(wèi)07:3607:5111h36min12675蘭州13:0213:1917h2min15736西寧西15:5016:1019h50min18017格爾木