质点和位移高一上学期物理鲁科版2019必修第一册

鲁科物理必修一第2节质点和位移物理学中，通常要用特定的物理模型及概念来研究物体的运动，其中常用的物理模型及概念有:质点、位移、速度、加速度等。我们首先讨论质点和位移1.质点在自然界中，影响物体运动的因素通常都十分复杂，要同时研究一个运动问题所涉及的方方面面往往很困难，甚至是不可能的。为了寻找解决问题的突破口，物理学常用建立理想化模型的方法，抓住影响问题的主要因素，忽略次要因素，从而将问题简化。以篮球运动中的投篮为例。如果需要探究投篮时篮球的运动路径问题，怎么着手呢?我们知道,篮球出手后会受到重力、空气的浮力和阻力的作用。在这些力的作用下，篮球的质量、大小、出手时是否旋转等，都会影响其运动的路径。但考虑到篮球运动的速度不大，与重力的影响相比，其他的因素可以忽略。我们就可以将篮球抽象为一个具有一定质量，但不考虑其大小、形状的点由于将篮球简化为一个只具有质量的点,空气的浮力、阻力以及篮球的大小形状、旋转等因素都可以排除掉了(图2-13)。虽然采用这种方法研究篮球的运动，得到的结果并不是篮球的真实运动，但是由于抓住了影响篮球运动的主要因素，忽略的是一些无关的或者次要的因素，所得到的结果还是能够比较准确地描述篮球的运动情况的。就像上面研究篮球的运动一样，在探究物理问题时，为了研究问题的需要，有时可以忽略物体的大小、形状等因素，把物体简化成为一个具有质量的点，或者说用一个有质量的点来代替整个物体。物理学上把这种用来代替物体的有质量的点叫做质点。显然，质点不是真实的物体，它是一种理想化的物理模型。一个物体能不能视为质点，需要根据具体的问题来定。判断的基本思路是物体的大小和形状等因素对问题的影响是否可以忽略。对同一个物体，在研究某个问题时可以视为质点，而在研究另外的问题时却不能视为质点。例如，研究地球绕太阳的公转时，尽管地球直径约为1.3×104km，而且本身在自转，但由于地球和太阳之间的距离约为1.5×108km，比地球直径大104倍，因而就地球相对太阳公转来说，地球的大小和自转可以忽略不计，这时我们就可以把地球视为一个质点(图2-14)。如果研究地球自转，地球的大小和形状是影响研究问题的重要因素，因此不能将地球视为质点。显然，质点不是真实的物体，它是一种理想化的物理模型。讨论与交流桌面上书本的运动沿一个方向推动桌面上的书本(图2-15)如果测量书本移动的距离,是否可以将书本视为质点，为什么?如果测量书本经过桌面上A点的时间，是否可以将书本视为质点，为什么?还有什么情况书本可以被视为质点?什么情况书本不能被视为质点?2.位移我们在初中已经学习了用路程描述物体的运动。但仔细分析会发现，有许多问题如果仅用路程还不能很好地描述物体的运动情况。例如，某同学可以沿不同路径从教学楼大门A到达图书馆大门B，所走路程不同，但其位置的变化却是相同的。但是，如果有两同学从教学楼大门出发，假定他们走了相同的路程，一位同学到达图书馆大门B,另一位同学到达操场C。两人所走的路程相同，但他们的位置变化却不相同(图2-16)。显然，采用路程很难描述运动物体空间位置的变化情况。为了解决这样的问题，在物理学中，采用位移来描述运动物体空间位置的变化。位移通常用符号、来表示。对于沿直线运动的物体，我们可以借助一维坐标系，利用位置的变化来描述其位移。例如，一辆汽车从位置x运动到位置x2，用汽车运动后的位置坐标减去运动前的位置坐标(图2-17)，即汽车的位移为s=x2-x2位移是一个有方向的物理量。在一维坐标系中，用正、负表示运动物体位移的方向。例如，在图2-18中，汽车A的位移为负值，B的位移则为正值。汽车B的位移方向为x轴正向，汽车A的位移方向为x轴负向。在物理学中,有一类物理量只要用量值的大小就能够描述如物体的质量。另有一类物理量,仅用量值的大小还不能全面描述。例如位置，如果仅有大小而不同时指明它的方向，人们就无法确定物体究竟在何处。为了区别这两类物理量，人们把像质量这样用量值就能够描述的物理量叫做标量。我们已经学过的温度、时间、长度和能量等物理量都是标量。把像位置、位移这样既有大小，又有方向等规定的物理量叫做矢量。在接下来的一些章节中，我们还会进一步学习矢量。我们还可以用位移一时间图象(s-图象)来直观地描述物体的运动。在s-t图象中，通常以横坐标表示时间，以纵坐标表示位移。表2-2是测得某物体的位移随时间变化的数据。从图2-19中可以形象地看出，在计时起点，物体的位移为3m，经过10s物体的位移为4m。作业1.在下列情况中，哪些物体可以当做质点?(1)某同学从家中走1km到学校。该同学做课间操。某同学步行1km到学校，可以当作质点(2)在车床上制造铁饼。这个铁饼被运动员抛出后，飞行的距离是55m。铁饼被运动员抛出后，飞行的距离是55m，可以当作质点(3)从地球上的控制中心观察宇宙飞船的运动。在太空中与该飞船对接的另一飞船中的宇航员观察该飞船。从地球上的控制中心观察宇宙飞船的运动，可以当作质点。2.一质点沿x轴运动，开始时位置为xo=-2m，第1s末位置为x1=3m，第2s末位置为x2=1m。请分别求出第1s内和第2s内质点位移的大小和方向。第1s内位移大小为5m，方向沿x轴的正方向，第2s内质点位移的大小为2m，方向x轴的负方向3.体育场的标准跑道是400m，在进行100m短跑比赛时，是用跑道的直道部分，运动员跑完全程通过的路程和位移各是多少?如果一名运动员沿跑道跑了两周,他的路程和位移又是多少?路程是运动轨迹的长度，位移是由初位置指向末位置的有向线段。百米赛跑是单向直线运动，位移大小等于路程，所以运动员跑完全程通过的路程为100m，位移大小为:100m;田径场跑道周长是400m运动员跑2圈，则路程为800m，又因为运动员跑完2圈后初始位置和末位置相同，则位移大小为0.