暑期第1讲 运动的描述
开章引言
在我们周围,到处都可以看到物体在运动,行人在路上行走,汽车在公路上飞驰,河水流向远方,鸟儿在空中飞翔……连我们脚下的地球,也在不停的自传、公转。物体的空间位置随时间的变化,是自然界中最简单、最基本的运动形态,称为机械运动。在物理学中,研究物体机械运动规律的分支叫做力学。霍尔顿说:“无论从逻辑上还是历史上讲,力学都是物理学的基础,也是物理学及其他学科研究的典范……力学之于物理学如同骨骼之于人体。”在这一章,我们将研究怎么描述物体的运动。
新知点睛1:基本物理量
1.机械运动
物体的空间位置随时间的变化,是自然界中最简单、最基本的运动形态,称为机械运动。比如车辆的行驶、机器的运转、树叶的摇摆等等都是机械运动。 2.参考系
要描述一个物体的运动,首先要选定某个物体做参考,观察物体相对于这个“某个物体”的位置是否随时间变化,以及怎样变化。这种用来做参考的物体叫做参考系。
描述一个物体的运动时,参考系可以任意选择。但是,选择不同的参考系来观察同一物体的运动,其结果会有所不同。 3.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(按维度分可分为一维、二维、三维)。如下图一维坐标所示,若某一物体运动到 点,此时它的位置坐标 ,若它运动到 点,则此刻它的坐标 。
(一维) (二维) (三维)
4.质点
在某些情况下,可以不考虑物体的大小和形状,而突出“物体具有质量”这一要素,把它简化为一个有质量的点,称为质点。 于是,对实际物体运动的描述,就转化成对质点运动的描述。
例如,一列火车从格尔木开往拉萨,在计算运行时间的时候,可以忽略列车的长度,把它视为质点;但是同样这列火车,要计算它通过拉萨河特大桥所需时间时,则必须考虑列车的长度,不可把列车视为质点。 5.时间与时刻
时刻是事物运动、发展、变化过程所经历的各个状态先后顺序的标志;时间则是事物运动、发展、变化所经历的过程长短的量度。时刻和时间可以在时间轴上表示出来,时间轴上的每一个点都表示一个不同的时刻,时间轴上的一段线段表示的是时间。
6.路程和位移
在初中的课本中我们就已经知道,路程是物体运动轨迹的长度,它只有大小,没有方向;一般来说,当物体从某一点 运动到另一点 时,尽管可能沿不同的轨迹,走过不同的路程,但位置的变动是相同的。在物理学中用一个叫做位移的物理量来表示物体(质点)的位置变化。我们从初位置到末位置作一条有向线段,用这条有向线段表示位移。
例如,从妇产医院去八宝山可以有很多不同的轨迹(图中蓝色所示的为轨迹之一),走不同的路程;但位置变动是相同的,红色的有向线段表示的则是位移。
在物理学中,像位移这样的物理量叫矢量,它既有大小,又有方向;而温度、质量这些物理量叫做标量,它只有大小,没有方向。
典例精讲
【典例1】(2024春?金山区校级期中)质点是一个理想化模型,下列说法中正确的是( ) A.研究月球绕地球的运动轨迹时,月球可看作质点
B.研究刘翔110m栏比赛的跨栏技术时,其身体可看作质点 C.研究火车通过隧道所需的时间时,火车可看作质点 D.研究“嫦娥一号”在轨道上的飞行姿态时,“嫦娥一号”可看作质点
【典例2】(2024?湖南学业考试)以下各种说法中,指时间的是( ) A.列车员说:“火车8点42分到站” B.列车停车8分钟 C.第3秒初 D.第4秒末
【典例3】(2024?宁波二模)如图所示为飞行员(丙)在跳伞训练,飞机驾驶员(甲)和地面指挥员(乙)在观察了丙的运动后,发生了争论。关于甲、乙争论的内容,下列说法正确的是( )
A.甲选取了地面为参考系 B.乙选取了飞机为参考系
C.两人的说法中必有一个是错误的
D.两人选取参考系不同导致观察结果不同