第一节运动的描述

第一节

运动的描述四、速度和速率一、质点二、时刻和时间三、位移和路程

一、质点实际物体（如自行车、汽车、火车等）的运动都是非常复杂的，要详尽地描述这些运动，并非易事。例如，一列正在行驶的火车，既有火车整体相对于地面的平动，又有车轮的转动，还有车体的振动，等等，因此要全面描述火车的运动是相当困难的。为了便于研究，就需要对物体进行简化，突出影响问题的主要因素，忽略次要因素。例如：在研究一列从北京开往上海的列车的运动问题时，由于列车的总长度约为150m，而从北京开往上海的总里程约为1500km，火车的长度是总里程的万分之一，因此火车的大小、形状等因素对研究问题的影响很小，可以不考虑，只突出火车的质量及其占据空间的某一位置这两个主要因素。在上面这种情况下，我们可以把火车简单地看作一个有质量的点——质点，它是一种理想化的物理模型。在下面这种情况下，如在研究这列火车经过一座桥的运动时，由于火车的长度可以跟大桥的长度相比拟，它就成了解决问题的主要因素，这时就不能把火车简化为质点。

二、时刻和时间

时刻指的是一个瞬间，时间指的是两个时刻之间的间隔。例如，我们常说上午第一节课在8时上课，8时45分下课。如果用一个数轴来表示时刻和时间，则时刻应该用点来表示，时间用线段来表示，如下图所示。这里的“8:00”和“8:45”是这节课开始和结束的两个时刻，而这两个时刻之间的间隔45

min，则是两个时刻之间的时间。在SI（国际单位制）中，时间的单位是s（秒），如下图所示的时间轴上标出了零时刻、第2s初、第3

s末等时刻和第1

s内、1

s内、3

s内等时间。

三、位移和路程

一个人从北京去上海，可以选择不同的交通工具，既可以乘火车，也可以乘飞机，还可以坐汽车到天津再换乘轮船。使用不同的交通工具，运动轨迹是不一样的，但是，就位置的变动来说，他都是由北京到达了东南方向直线距离约

1080km的上海，如下图所示。在物理学中，用位移来表示质点的位置变化。当质点从A点运动到B点时，我们从初位置A到末位置B作一条有向线段AB，用这条有向线段表示物体在这次运动中发生的位移，如右图所示。有向线段的长度表示位移的大小，有向线段的方向表示位移的方向。在物理学中，像位移这样既有大小，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单位是m（米）。

路程是质点运动轨迹的长度。在上图中，质点的路程分别是曲线ACB、ADB、AEB的长度。像路程这样只有大小，没有方向的物理量，叫作标量。

四、速度和速率不同物体的运动，其快慢程度往往不同。例如，运动员甲在8s内跑过了64

m；运动员乙在6s内跑过了54m。他俩谁跑得快呢？比较物体运动的快慢有两种方法：一种是在位移相同的情况下，比较所用时间的长短：时间短的，运动得快；另一种是在时间相同的情况下，比较位移的大小：位移大的，运动得快。由于第二种方法更接近人们的生活习惯，因此，人们把位移s与发生这个位移所用时间t的比值叫作物体的速度，通常用v表示，即速度不但有大小，而且有方向，是矢量。速度的大小在数值上等于单位时间内位移的大小，速度的方向跟运动的方向相同。速度的SI单位是m/s（米/秒），常用的单位还有km/h

（千米/时）。

1m/s=3.6km/h我们可计算出前例中运动员甲、乙的速度分别为：用上面的公式计算出的速度，表示物体在某段时间（或位移）内运动的平均快慢程度，叫作平均速度。平均速度只能粗略地描述运动的快慢。

2006年7月11日，刘翔在瑞士洛桑国际田径大奖赛男子110米栏比赛中，以12秒88的成绩夺得冠军，并打破世界纪录。他在比赛中的平均速度是为了使描述更加精确，就需要选择物体在较短时间内的位移与时间的比值。如果这段时间取得足够小，就可以认为是物体在某一时刻（或某一位置）的速度，这个速度叫作瞬时速度。瞬时速度可以精确地描述物体运动的快慢。因为，所以说运动员乙跑得比甲快。

演示实验

把打点计时器固定在桌子上，连接好电路，如下图所示。用打点计时器测量瞬时速度安装好纸带。启动电源，用手水平地拉动纸带，纸带上就打出了一列小点，如下图所示。关闭电源。由于每两个点之间的时间都是0.02s，因此，选择某一点A，测量出该点左右两点B、C间的位移大小，除以时间0.04s，即可视为纸带经过A点时的瞬时速度。

DIS实验室

用光电门测量瞬时速度

随着信息技术的发展，中职物理的实验手段趋于多样化。DIS（即数字信息系统，由传感器＋数据采集器＋实验软件＋计算机构成）应用于物理实验，大幅度提高了实验精度和实验效率。将实验用长木板的一端在桌面上支撑起来，形成一个斜面。将光电门连接到DIS实验系统的数据采集器上，放置在长木板的边上。调节光电门的高度，尝试着让小车从斜面上滑过，使小车上的挡光片可以顺利地通过光电门，实验装置如下图所示。打开DIS实验系统中的速度测量功能，从一定高度释放小车，即可在显示屏上显示出小车经过光电门时的速度值。更换不同宽度的挡光片，再将小车从原处释放，可以得到近似但不同的速度值。挡光片的宽度越小，得到的结果越接近小车经过光电门时瞬时速度的真实值。速度的大小叫作速率，是标量。汽车上的速度计只能显示汽车速度的大小，不能显示汽车运动的方向，所以它显示实际上是汽车的瞬时速率。表1-1一些运动物体的速率或平均速率

(单位：m/s)手扶拖拉机

0.27～1.1内河轮船

2.8～2.9远洋轮船

8.3～16.67‍自行车（一般）

5比赛时奔跑的马

15核动力航空母舰

17快速奔跑的野兔18快速航行的核潜艇23.1摩托车

23.6B-52轰炸机

280声速（0℃空气中）

331短跑中的运动员

10普通列车

33高速列车

6‍0磁悬浮列车

140军用喷气式飞机

600‍步枪子弹

9.0×102普通炮弹

1.0×103远程炮弹

2.0×103单级火箭

4.5×103绕太阳旋转的地球

3.0×104光在真空中传播

3.0×108练习1-1

1．地球的直径约为12800km，与太阳相距1.5×108km。当我们研究地球的公转时，能不能把它看成质点？研究地球上各处季节变化时，能不能把它看成质点？答案：能；不能。

2．一位运动员在学校里周长为400m的标准跑道上跑了三圈，他跑过的路程是多少？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、线路最长的高原铁路——青藏铁路全线通车。下面是从北京开往拉萨的T27次列车的时刻表，请说出火车到达西宁的时刻、停车时间、开出时刻，估算从北京到格尔木以及从格尔木到拉萨的平均速度。序号车站到达时间开车时间走行时间路程（km）1北京西始发站20:00002石家庄北22:3322:392h33min2913太原00:5000:564h50min5164中卫07:3607:5111h36min12675兰州13:0213:1917h2min15736西宁西15:5016:1019h50min18017格尔木