質(zhì)點和位移高一上學期物理魯科版2019必修第一冊

魯科物理必修一第2節(jié)質(zhì)點和位移物理學中，通常要用特定的物理模型及概念來研究物體的運動，其中常用的物理模型及概念有:質(zhì)點、位移、速度、加速度等。我們首先討論質(zhì)點和位移1.質(zhì)點在自然界中，影響物體運動的因素通常都十分復雜，要同時研究一個運動問題所涉及的方方面面往往很困難，甚至是不可能的。為了尋找解決問題的突破口，物理學常用建立理想化模型的方法，抓住影響問題的主要因素，忽略次要因素，從而將問題簡化。以籃球運動中的投籃為例。如果需要探究投籃時籃球的運動路徑問題，怎么著手呢?我們知道,籃球出手后會受到重力、空氣的浮力和阻力的作用。在這些力的作用下，籃球的質(zhì)量、大小、出手時是否旋轉等，都會影響其運動的路徑。但考慮到籃球運動的速度不大，與重力的影響相比，其他的因素可以忽略。我們就可以將籃球抽象為一個具有一定質(zhì)量，但不考慮其大小、形狀的點由于將籃球簡化為一個只具有質(zhì)量的點,空氣的浮力、阻力以及籃球的大小形狀、旋轉等因素都可以排除掉了(圖2-13)。雖然采用這種方法研究籃球的運動，得到的結果并不是籃球的真實運動，但是由于抓住了影響籃球運動的主要因素，忽略的是一些無關的或者次要的因素，所得到的結果還是能夠比較準確地描述籃球的運動情況的。就像上面研究籃球的運動一樣，在探究物理問題時，為了研究問題的需要，有時可以忽略物體的大小、形狀等因素，把物體簡化成為一個具有質(zhì)量的點，或者說用一個有質(zhì)量的點來代替整個物體。物理學上把這種用來代替物體的有質(zhì)量的點叫做質(zhì)點。顯然，質(zhì)點不是真實的物體，它是一種理想化的物理模型。一個物體能不能視為質(zhì)點，需要根據(jù)具體的問題來定。判斷的基本思路是物體的大小和形狀等因素對問題的影響是否可以忽略。對同一個物體，在研究某個問題時可以視為質(zhì)點，而在研究另外的問題時卻不能視為質(zhì)點。例如，研究地球繞太陽的公轉時，盡管地球直徑約為1.3×104km，而且本身在自轉，但由于地球和太陽之間的距離約為1.5×108km，比地球直徑大104倍，因而就地球相對太陽公轉來說，地球的大小和自轉可以忽略不計，這時我們就可以把地球視為一個質(zhì)點(圖2-14)。如果研究地球自轉，地球的大小和形狀是影響研究問題的重要因素，因此不能將地球視為質(zhì)點。顯然，質(zhì)點不是真實的物體，它是一種理想化的物理模型。討論與交流桌面上書本的運動沿一個方向推動桌面上的書本(圖2-15)如果測量書本移動的距離,是否可以將書本視為質(zhì)點，為什么?如果測量書本經(jīng)過桌面上A點的時間，是否可以將書本視為質(zhì)點，為什么?還有什么情況書本可以被視為質(zhì)點?什么情況書本不能被視為質(zhì)點?2.位移我們在初中已經(jīng)學習了用路程描述物體的運動。但仔細分析會發(fā)現(xiàn)，有許多問題如果僅用路程還不能很好地描述物體的運動情況。例如，某同學可以沿不同路徑從教學樓大門A到達圖書館大門B，所走路程不同，但其位置的變化卻是相同的。但是，如果有兩同學從教學樓大門出發(fā)，假定他們走了相同的路程，一位同學到達圖書館大門B,另一位同學到達操場C。兩人所走的路程相同，但他們的位置變化卻不相同(圖2-16)。顯然，采用路程很難描述運動物體空間位置的變化情況。為了解決這樣的問題，在物理學中，采用位移來描述運動物體空間位置的變化。位移通常用符號、來表示。對于沿直線運動的物體，我們可以借助一維坐標系，利用位置的變化來描述其位移。例如，一輛汽車從位置x運動到位置x2，用汽車運動后的位置坐標減去運動前的位置坐標(圖2-17)，即汽車的位移為s=x2-x2位移是一個有方向的物理量。在一維坐標系中，用正、負表示運動物體位移的方向。例如，在圖2-18中，汽車A的位移為負值，B的位移則為正值。汽車B的位移方向為x軸正向，汽車A的位移方向為x軸負向。在物理學中,有一類物理量只要用量值的大小就能夠描述如物體的質(zhì)量。另有一類物理量,僅用量值的大小還不能全面描述。例如位置，如果僅有大小而不同時指明它的方向，人們就無法確定物體究竟在何處。為了區(qū)別這兩類物理量，人們把像質(zhì)量這樣用量值就能夠描述的物理量叫做標量。我們已經(jīng)學過的溫度、時間、長度和能量等物理量都是標量。把像位置、位移這樣既有大小，又有方向等規(guī)定的物理量叫做矢量。在接下來的一些章節(jié)中，我們還會進一步學習矢量。我們還可以用位移一時間圖象(s-圖象)來直觀地描述物體的運動。在s-t圖象中，通常以橫坐標表示時間，以縱坐標表示位移。表2-2是測得某物體的位移隨時間變化的數(shù)據(jù)。從圖2-19中可以形象地看出，在計時起點，物體的位移為3m，經(jīng)過10s物體的位移為4m。作業(yè)1.在下列情況中，哪些物體可以當做質(zhì)點?(1)某同學從家中走1km到學校。該同學做課間操。某同學步行1km到學校，可以當作質(zhì)點(2)在車床上制造鐵餅。這個鐵餅被運動員拋出后，飛行的距離是55m。鐵餅被運動員拋出后，飛行的距離是55m，可以當作質(zhì)點(3)從地球上的控制中心觀察宇宙飛船的運動。在太空中與該飛船對接的另一飛船中的宇航員觀察該飛船。從地球上的控制中心觀察宇宙飛船的運動，可以當作質(zhì)點。2.一質(zhì)點沿x軸運動，開始時位置為xo=-2m，第1s末位置為x1=3m，第2s末位置為x2=1m。請分別求出第1s內(nèi)和第2s內(nèi)質(zhì)點位移的大小和方向。第1s內(nèi)位移大小為5m，方向沿x軸的正方向，第2s內(nèi)質(zhì)點位移的大小為2m，方向x軸的負方向3.體育場的標準跑道是400m，在進行100m短跑比賽時，是用跑道的直道部分，運動員跑完全程通過的路程和位移各是多少?如果一名運動員沿跑道跑了兩周,他的路程和位移又是多少?路程是運動軌跡的長度，位移是由初位置指向末位置的有向線段。百米賽跑是單向直線運動，位移大小等于路程，所以運動員跑完全程通過的路程為100m，位移大小為:100m;田徑場跑道周長是400m運動員跑2圈，則路程為800m，又因為運動員跑完2圈后初始位置和末位置相同，則位移大小為0.