高中物理必修1-运动的描述

快乐课堂学物理-高中物理必修1-多余老师趣讲“运动的描述”一、本单元概述运动是物理三大板块（物质的结构、物体间相互作用、运动的一般规律）之一。

“运动的描述”是为研究运动规律的“准备单元”。

准备一些什么呢？就是要提出一些基本物理概念。

即描述运动时，要运用的物理词汇（术语）。

而许多基础物理概念，常必须依靠数学来加以诠释，这样可以给我们的学习带来很多的方便与优越性。

可以说，数学是物理学最铁的铁哥们。

在概念的学习中，我们要注意理解：1、概念的物理意义，所代表或对应的物理量，包含的物理思想与方法。

2、概念的数学意义，所代表或对应的数量关系，包含的数学方法。

3、各概念之间的相互了解，哪些是一般物理术语，哪些是基本物理量，哪些是核心物理量。

二、描述运动所用的物理词汇质点定义：用来代替物体的有质量的点。

物理理解：1、是一般物理术语。

代表物体，在描述运动时做主语。

对应的物理量是物体的质量m。

2、运用的物理方法是，建立理想化的模型。

质点就是高中物理提出的第一个理想模型。

建立理想化模型是突出研究对象的主要方面，忽略次要因素。

3、包含的物理思想是，从宏观的角度研究问题，宏观是不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果。

数学理解：1、就是在坐标系中，是否可以用点来表示物体，从而研究该物体的运动。

2、运用的数学方法是，抽象化、图像化。

3、包含的数学思想上，数形结合的解析思想。

判断物体是否能当做质点来进行研究的理论要求，有两种情况：1、物体的大小，在所研究问题中，可以忽略的（即物体的大小是次要因素）。

2、物体上各个点，在所研究问题中，运动情况和所起作用是完全一样的。

（直接考虑整体效果）参考系定义：研究物体的运动时，选来作为参考的另外的物体，叫做参考系。

物理理解：1、是一般物理术语。

参考系作为空间的定点，描述运动经过的空间。

物体在空间的位置变化就是运动。

参考系所代表的物理量是：参考系自己的运动速度为0。

2、体现运动的相对性。

A一个物体的运动状态只有在相对于参考系的情况下，才能进行描述。

B不同物体的运动状态比较，只在在同一个参考系中进行。

（只有统一，才有比较）C同一物体在不同的参考系中，会出现不同的运动状态。

（相对概念，要看相对情况）3、时间和空间是事物之间的一种次序。

空间用以描述物体的位形；时间用以描述事件之间的先后顺序。

空间和时间的物理性质主要通过它们与物体运动的各种了解而表现出来。

数学理解：1、就是确定以表示哪个物体的点，作为坐标原点；以哪个方向作为正方向，从而建立坐标系。

2、坐标系，最能体现数学的解析思想。

坐标系将伴随运动研究的全过程。

3、在解答有关运动的问题时，参考系的选取，取决于数学计算的需要。

参考系的选取原则：1、使被描述物的运动状态尽可能简单。

（简单化）2、或与多个被描述物都有直接关系。

（直接化）我们通过一道题目，来体会参考系的选取原则。

人划船逆流而上，当船行到一座桥下时，一木箱落入水中立刻随水漂向下游，船继续前进。

过了15分钟，船上的人才发现木箱丢了，于是立即返回追赶。

求船从返回到追上木箱所用的时间。

（船速和水速不变，不计船掉头时间）如果以桥（地面）为参考系，会发现未知量多，需列出多个等式，解方程求解。

这个过程很繁琐。

多余老师告诉你，这是一道小学奥数题，小学生很快就能口答出结果。

不信吗？分析一下：木箱和船的运动都与水速有关，即都在水中运动。

根据“直接化”原则，选水（木箱）做参考系。

则木箱不动，船以相同的速度，离开后又回来。

（这又体现了“简单化”原则）即离开的时间和回来的时间是一样的。

答案：15分钟。

时间定义：时间是事件发生到结束的时刻间隔。

用一根无限长的只表示先后次序不表示方向的带箭头的线来描述时间和时刻，这条带箭头的线叫做时间轴。

时间轴上的每一个点表示一个时刻。

时间轴上相应两个时刻之间的间隔长短，表示一段时间。

即：在时间轴上，时刻用点来表示，时间间隔用线段来表示。

物理理解：1、时间t是7个基本物理量之一，基本单位是秒（s），常用单位有分钟min、小时h 等。

1967年10月第十三届国际度量衡会议通过原子时秒长的定义为；位于海平面的铯133原子基态的两个超精密能级，在零磁场中跃迁辐射震荡为九十一亿九千二百六十三万一千七百七十周所持续时间。

这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的，而且在地面上的环境是零磁场。

铯原子钟的准确度能达到10-12量级，也就是说铯原子钟每天的误差只有一亿分之一秒，大约30万年才有1秒的误差。

2、时间是一个只有长短，而没有方向的物理量（标量）。

时间具有连续性、单向性、序列性，并且总是不断向前流逝。

时间是不可逆的。

3、物理中，建立时间概念的基本目的是为了计时，即衡量、比较各个（种）事物存在过程的长短和次序，包括运动变化的快慢。

4、时刻是衡量一切物质运动先后顺序，时刻没有长短，只有先后，它是一个序数。

5、时刻是指某一瞬间，在时间轴上用点表示。

时刻对应的是位置、速度等状态量。

时间对应的是位移、平均速度等过程量。

数学理解：1、时间和时刻的概念，完全是用数学语言来进行解释。

许多基础物理概念，常必须依靠数学来加以诠释，这样可以给我们的学习带来很多的方便与优越性。

2、时间和时刻概念，借用了数学中的数轴，建立了时间轴。

但是，时间轴的箭头不同于数轴箭头的含义。

数轴的箭头，代表正方向，用以表示数的大小。

时间轴的箭头，代表顺序，用以表示过程的先后。

描述词汇：描述时刻的词汇如：（）初、（）末；发生时间、结束时间；开始时、结束时等。

注意：第N秒末与第N+1秒初，是同一时刻。

描述时间的词汇如：（）秒、第（）秒、（）秒内；持续时间、所用时间等。

路程和位移定义：路程：质点运动轨迹的长度。

位移：表示质点的位置变动的物理量。

物理理解：1、路程s表示实际的径迹长度l。

长度l是7个基本物理量之一，基本单位是米（m）。

路程（长度）只有大小、没有方向，是标量。

2、位移既有大小x、又有方向，是矢量。

位移的大小为初末位置的有向线段的长度，因此位移的大小x也是基本物理量；方向由初位置指向末位置。

3、位移表示位置的变化，其完整表述是：末位置离开初位置多远（初末位置直线距离），在何方向上（方位）。

数学理解：1、标量，就是数学中的数量，标量的加减乘除使用数学的实数运算规则。

矢量，是数学中的向量（带有方向的数量），向量将在高一下学期《数学必修4》中进行学习，就现在的运算要求是，矢量的加减遵守数学的平行四边形定则（向量运算规则）。

2、位移的大小x是初末位置的直线距离。

由“两点间线段最短”可知：A位移的大小x一定不大于（小于或等于）路程s。

B当物体运动，结束时末位置回到了初位置，则位移的大小x=0。

3、位移是标量，因此位移的大小x，带正号“+”或负号“-”，用以表示直线上的两个方向。

但是，要注意：物理中的“-”，多余老师更喜欢叫它“相反号”。

因为物理中的“-”只表示与“+”相反的性质，而不表示数的大小。

如：-5比+5小，但你不能说-5米比+5米小，-5米与+5米大小相等、方向相反。

速度定义：速度：速度v等于物体的位移x跟发生这段位移所用的时间t的比值。

即：v=x/t。

瞬时速度：运动物体在某一时刻（时间点）或经过某一位置（空间点）的速度。

速率：瞬时速度的大小称为速率。

平均速度：运动物体在经过的所有时间点或空间点的速度的平均值。

平均速率：运动物体在经过的所有时间点或空间点的速率的平均值。

物理理解：1、速度是表示物体运动快慢的物理量。

是研究运动时的重要物理量。

2、由v=x/t可知：A速度的大小，即速率v的基本单位是米/秒（m/s）；B因位移x是矢量，所以速度v也是矢量，有大小、方向。

C速度v的方向由位移x的方向决定，即速度v的方向与位移x的方向相同。

3、瞬时速度和速率，是精确表示物体运动快慢的物理量。

是状态量，是研究运动真正使用的重要物理量。

4、平均速度和平均速率是过程量，只能总体性地粗略表示物体运动的快慢。

在运动研究时交不使用。

只是在总体描述时使用。

5、速率是瞬时速度的大小，所以速率是标量，只有大小、没有方向。

速率在初中物理中被称为速度，但应与高中物理中的速度加以区别。

在初中时我们所学的v－t图像中的v 在初中时默认为速度，但在高中时是速率的意思。

6、日常生活、小学和初中物理中说到的“速度”。

如：汽车速度计不能显示车辆运动的方向，它的读数实际是汽车的速率。

数学理解：1、速度的定义，使用的是数学语言。

速度是一个比值。

但要注意：物理中比值的含义与数学中的含义有所不同，数学中的“值”就是“数”，在物理中的“值”是“物理量”；只有“比”的含义相同，表示“相除”。

2、公式v=x/t，是有具体的物理意义的，即速度是由位移和时间决定；但由公式进行数学变形，得到的x=vt、t=x/v，并不具有物理意义，A不能说位移等于速度与时间的积，也不能说时间是位移与速度的比值。

B这些变形公式，只具有数学意义，即只用于计算。

3、瞬时速度和速率是无法直接计算得出的。

所以只能使用无限取微逐渐逼近的方法，用一个合理的平均速度来表示瞬时速度。

4、平均速度是所有点的速度的平均值，但点有无限多，不可能得到所有点的速度。

所以，平均速度只能用总位移比上总时间。

因总位移可为0，所以平均速度也可为0。

平均速度的计算与速度的定义公式相同，但物理意义不同。

平均速度是一个数学计算值。

5、平均速率的计算也是因点有无限多，只能用总路程比上总时间。

也是数学计算值。

6、由平均速度和平均速率的计算可知，由矢量得矢量，由标量得标量。

求平均速率使用矢量位移，求平均速率用标量路程。

7、由位移和路程的关系可知，因位移不大于（小于或等于）路程，所以平均速度不大于（小于或等于）平均速率。

匀速直线运动时，平均速度与瞬时速度相等，平均速率与瞬时速率相等，速度的大小等于速率。

加速度定义：等于速度的改变量（过程量）跟发生这一改变所用时间的比值。

a=（v t-v0）/t 物理理解：1、加速度a是表示速度改变快慢的物理量。

加速度是状态量，是研究运动时的核心物理量。

2、由a=（v t-v0）/t可知：A加速度的基本单位是米/平方秒（m/s2）；B因速度v是矢量，所以加速度a也是矢量，有大小、方向。

C加速度a的方向，由末速度vt与初速度v0的矢量差决定。

在直线运动中，以初速度的方向为正，其值为正时，加速度方向与初速度方向相同，物体做加速运动；为负时，加速度方向与初速度方向相反，物体做减速运动。

3、要注意“加速度”与“加速”的区别：A加速度的“加”，是“改变”的意思；这是最容易引起误解的用词，如果叫“改速度”则更为贴切。

B加速的“加”，是“增加”的意思。

数学理解：1、加速度的定义是用的数学语言。

所以加速度可以用数学方法进行表现（v-t图像）。

2、在匀变速直线运动时，加速度a就是直线的斜率k，即a=k。