第一節(jié)運(yùn)動(dòng)的描述

第一節(jié)

運(yùn)動(dòng)的描述四、速度和速率一、質(zhì)點(diǎn)二、時(shí)刻和時(shí)間三、位移和路程

一、質(zhì)點(diǎn)實(shí)際物體（如自行車、汽車、火車等）的運(yùn)動(dòng)都是非常復(fù)雜的，要詳盡地描述這些運(yùn)動(dòng)，并非易事。例如，一列正在行駛的火車，既有火車整體相對(duì)于地面的平動(dòng)，又有車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，還有車體的振動(dòng)，等等，因此要全面描述火車的運(yùn)動(dòng)是相當(dāng)困難的。為了便于研究，就需要對(duì)物體進(jìn)行簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)問題時(shí)，由于列車的總長(zhǎng)度約為150m，而從北京開往上海的總里程約為1500km，火車的長(zhǎng)度是總里程的萬(wàn)分之一，因此火車的大小、形狀等因素對(duì)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(gè)主要因素。在上面這種情況下，我們可以把火車簡(jiǎn)單地看作一個(gè)有質(zhì)量的點(diǎn)——質(zhì)點(diǎn)，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(yùn)動(dòng)時(shí)，由于火車的長(zhǎng)度可以跟大橋的長(zhǎng)度相比擬，它就成了解決問題的主要因素，這時(shí)就不能把火車簡(jiǎn)化為質(zhì)點(diǎn)。

二、時(shí)刻和時(shí)間

時(shí)刻指的是一個(gè)瞬間，時(shí)間指的是兩個(gè)時(shí)刻之間的間隔。例如，我們常說上午第一節(jié)課在8時(shí)上課，8時(shí)45分下課。如果用一個(gè)數(shù)軸來(lái)表示時(shí)刻和時(shí)間，則時(shí)刻應(yīng)該用點(diǎn)來(lái)表示，時(shí)間用線段來(lái)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(gè)時(shí)刻，而這兩個(gè)時(shí)刻之間的間隔45

min，則是兩個(gè)時(shí)刻之間的時(shí)間。在SI（國(guó)際單位制）中，時(shí)間的單位是s（秒），如下圖所示的時(shí)間軸上標(biāo)出了零時(shí)刻、第2s初、第3

s末等時(shí)刻和第1

s內(nèi)、1

s內(nèi)、3

s內(nèi)等時(shí)間。

三、位移和路程

一個(gè)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(jī)，還可以坐汽車到天津再換乘輪船。使用不同的交通工具，運(yùn)動(dòng)軌跡是不一樣的，但是，就位置的變動(dòng)來(lái)說，他都是由北京到達(dá)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(lái)表示質(zhì)點(diǎn)的位置變化。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，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(yùn)動(dòng)中發(fā)生的位移，如右圖所示。有向線段的長(zhǎng)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)度。在上圖中，質(zhì)點(diǎn)的路程分別是曲線ACB、ADB、AEB的長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)，其快慢程度往往不同。例如，運(yùn)動(dòng)員甲在8s內(nèi)跑過了64

m；運(yùn)動(dòng)員乙在6s內(nèi)跑過了54m。他倆誰(shuí)跑得快呢？比較物體運(yùn)動(dòng)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(shí)間的長(zhǎng)短：時(shí)間短的，運(yùn)動(dòng)得快；另一種是在時(shí)間相同的情況下，比較位移的大?。何灰拼蟮模\(yùn)動(dòng)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(gè)位移所用時(shí)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(shí)間內(nèi)位移的大小，速度的方向跟運(yùn)動(dòng)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(shí)）。

1m/s=3.6km/h我們可計(jì)算出前例中運(yùn)動(dòng)員甲、乙的速度分別為：用上面的公式計(jì)算出的速度，表示物體在某段時(shí)間（或位移）內(nèi)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的快慢。

2006年7月11日，劉翔在瑞士洛桑國(guó)際田徑大獎(jiǎng)賽男子110米欄比賽中，以12秒88的成績(jī)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(shí)間內(nèi)的位移與時(shí)間的比值。如果這段時(shí)間取得足夠小，就可以認(rèn)為是物體在某一時(shí)刻（或某一位置）的速度，這個(gè)速度叫作瞬時(shí)速度。瞬時(shí)速度可以精確地描述物體運(yùn)動(dòng)的快慢。因?yàn)?，所以說運(yùn)動(dòng)員乙跑得比甲快。

演示實(shí)驗(yàn)

把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在桌子上，連接好電路，如下圖所示。用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量瞬時(shí)速度安裝好紙帶。啟動(dòng)電源，用手水平地拉動(dòng)紙帶，紙帶上就打出了一列小點(diǎn)，如下圖所示。關(guān)閉電源。由于每?jī)蓚€(gè)點(diǎn)之間的時(shí)間都是0.02s，因此，選擇某一點(diǎn)A，測(cè)量出該點(diǎn)左右兩點(diǎn)B、C間的位移大小，除以時(shí)間0.04s，即可視為紙帶經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度。

DIS實(shí)驗(yàn)室

用光電門測(cè)量瞬時(shí)速度

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，中職物理的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)軟件＋計(jì)算機(jī)構(gòu)成）應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)，大幅度提高了實(shí)驗(yàn)精度和實(shí)驗(yàn)效率。將實(shí)驗(yàn)用長(zhǎng)木板的一端在桌面上支撐起來(lái)，形成一個(gè)斜面。將光電門連接到DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器上，放置在長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。打開DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的速度測(cè)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(shí)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(shí)瞬時(shí)速度的真實(shí)值。速度的大小叫作速率，是標(biāo)量。汽車上的速度計(jì)只能顯示汽車速度的大小，不能顯示汽車運(yùn)動(dòng)的方向，所以它顯示實(shí)際上是汽車的瞬時(shí)速率。表1-1一些運(yùn)動(dòng)物體的速率或平均速率

(單位：m/s)手扶拖拉機(jī)

0.27～1.1內(nèi)河輪船

2.8～2.9遠(yuǎn)洋輪船

8.3～16.67?自行車（一般）

5比賽時(shí)奔跑的馬

15核動(dòng)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(jī)

280聲速（0℃空氣中）

331短跑中的運(yùn)動(dòng)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(jī)

600?步槍子彈

9.0×102普通炮彈

1.0×103遠(yuǎn)程炮彈

2.0×103單級(jí)火箭

4.5×103繞太陽(yáng)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(yáng)相距1.5×108km。當(dāng)我們研究地球的公轉(zhuǎn)時(shí)，能不能把它看成質(zhì)點(diǎn)？研究地球上各處季節(jié)變化時(shí)，能不能把它看成質(zhì)點(diǎn)？答案：能；不能。

2．一位運(yùn)動(dòng)員在學(xué)校里周長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)刻表，請(qǐng)說出火車到達(dá)西寧的時(shí)刻、停車時(shí)間、開出時(shí)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(hào)車站到達(dá)時(shí)間開車時(shí)間走行時(shí)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