第一章运动的描述.ppt

,第一章 运动的描述,不了解运动，就不了解自然。 亚里士多德,1.质点 参考系 坐标系,机械运动,各种形态的运动 热运动 组成微观世界的粒子的活动。 政治运动 人类社会中，某些利益群体为实现某种利益诉求而进行的政治斗争。如：辛亥革命 五四运动 机械运动 物体的空间位置随时间变化的过程。 机械运动是最基本最简单的运动形态。力学是研究物体机械运动规律的物理学分支。它所研究的核心问题是：物体在何时运动到何位置。,描述运动的困难 每个物体有大小和形状。 通常情况，物体上的每个点的运动情况 都是不同的。 如果物体都可以看作一个点问题将得以简化。 思考 在现实中，研究物体的运动问题，有时可以将物体视为“点”？请举几个例子，并说明其中的道理。 质点 有质量的点,物体和质点,物理学是一门研究模型的学科，物理学发展的过程是不断构建、完善和应用物理模型的过程。 “模型”的特征与“理想化”的思维本质 抓住“主要因素” 忽略“次要因素” “理想化”的条件 能否进行“理想化”的简化取决于研究问题的性质。 物体可以看作质点的条件 A物体的形状大小对研究的问题可以忽略。 B同一物体，有时可以看作质点，有时不可以。 C平动的物体一般都可以看作质点。 D转动的物体一般不看作质点，但若转动对研究问题影响不大，可以看作质点。,“质点”模型,问题与练习,ACDF,问题1 分析下列运动，能把物体看作质点的是（ ） A. 研究邢慧娜在万米长跑中不同阶段的快慢 B. 观看花样滑冰运动员在比赛中的表演 C. 研究运动中的人造卫星的轨道 D. 研究在空中飞旋的乒乓球轨道 E. 研究乒乓球的各种旋转打法 F. 研究火车从北京到上海运行需要的时间,问题与练习,D,问题2 例：研究下列情况中哪些运动的物体可以看作质点（ ） A. 从北京开往天津的火车 B. 匀速转动的圆盘 C. 荡秋千的小孩 D. 火车从湛江到广州的距离,判断是否可以看作质点时：问题必须具体到可以判断出物体形状大小对其影响,参考系与坐标系,看图分析 教材P10中图1.1-3及图1.1-4。 参考系 描述一个物体的运动，需要选择一个其他的物体（假定不动）作为参考，这个物体称为参考系（参照物）。 参考系的选取 A任意性（简便原则） B必要性 C同一问题中，不同物体，同一参考系。,1、电影闪闪的红星中有两句歌词：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走。”这其中分别描述了两种运动情景，那么它们分别是以什么为参考系的？,2、“月亮在莲花般的云朵里穿行”,3、坐在美丽的校园内学习毛泽东的诗句“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”时，我们感觉是静止不动的。这与诗句里的描述是否矛盾？说明理由。,4、敦煌曲子词中有这样的诗句：“满眼风波多闪烁，看山恰似走来迎，仔细看山山不动，是船行”其中“看山恰似走来迎”和“是船行”所选的参考系分别是什么？,想一想，做一做······,河岸、竹排,云朵,不矛盾,人,山（地面）,参考系与坐标系,坐标系 为了 定量地描述物体位置及其变化 在参考系上建立坐标系（一般以地面为参考系）。坐标系是参考系的数学表达 包括：坐标轴 原点 标度 正方向 单位。,1.物体在A、B处的位置如何描述？ 2.从A到B位置如何变化？从B到A呢？ 位置变化的计算方法：x=x末-x初,空间位置的标定,二维空间坐标系,一维空间坐标系,汽车位置：5.2m,位置,思考 今天上学时你忘记带教材，家人需要将其送到学校。他最需要了解的信息是什么？ 位置 物体在参考系中的坐标称为物体的位置。,科学漫步,全球卫星定位系统（教材P11）,想一想，做一做······,1.下列关于质点的说法中，正确的是 A质点是一个理想化模型，实际上并不存在，所以引入质点概念没有意义 B只有体积很小的物体才能看作质点 C凡轻小的物体，皆可看作质点 D如果物体的形状和大小对所研究的问题属于无关或次要因素时，即可把物体看作质点,想一想，做一做······,2、下列情形中的物体可以看作质点的是·········（ ） A、110米跨栏冠军刘翔在冲刺时 B、一枚硬币用力上抛，猜测它落地时是正面朝上还是反面朝上 C、奥运会冠军邢慧娜在万米长跑中 D、研究火车过桥所用的时间,想一想，做一做······,3.甲物体以乙物体为参照物是静止的，甲物体以丙物体为参照物是运动的，那么以丙物体为参照物的乙物体是: A、可能运动; B、可能静止; C、一定运动; D、都有可能,想一想，做一做······,4.关于参考系，下列说法中正确的是 A参考系必须是静止不动的物体 B参考系必须是正在做匀速直线运动的物体 C参考系必须是固定在地面上的物体 D描述物体的运动时，参考系可以任意选择,想一想，做一做······,5.如图所示是为了定量研究物体的位置变化而作出的坐标轴（x轴），在画该坐标轴时规定原点在一长直公路上某广场的中心，公路为南北走向，规定向北为正方向坐标轴上有两点A和B，A的位置坐标为xA=5m，B的位置坐标为xB=-3m下列说法正确的是（ ） A. A点位于广场中心南5m处 B. A点位于广场中心北5m处 C. B点位于广场中心南3m处 D. B点位于广场中心北3m处,2.时间和位移,时刻与时间（间隔）,练习 请在时间轴上标注内容： 第1秒末 第3秒末 第3秒初 第1秒 第2秒 前1秒 前3秒,时刻 时间轴上的点表示时刻。 时间（间隔） 时间轴上的线段表示时间。,提示：生活中我们经常混淆“时刻”与“时间”，如：“今天早自习你又迟到，一点没有时间观念！”在物理学中它们的含义有明确的区别。,事件1,GPS系统规划的行车路线,你希望GPS系统为你提供什么帮助？ 屏幕右下角的信息是何含义？蓝色线条表示什么？ 红色线条表示什么？红色数字标注是何含义？,事件2,你的旅程安排,7月28日 北京,7月29日 乌鲁木齐,7月31日 格尔木,8月2日 成都,你每天向家人报告你的旅程，你的家人希望得到什么信息？与事件1有何不同？,8月4日 香港,路程与位移,路程 物体运动的轨迹长度称为路程。 “位置的变化”的含义 1.位置变化了多远的距离？ 2.位置朝哪个方向变化的？ 位移 意义：描述物体位置的变化。 矢量：既有大小又表示方向。 符号：x 单位：米（m） 表达：由初位置指向末位置的有向线段。 大小：有向线段的长度。 方向：箭头所指的方向。,x,问题1 你从花园桥经过七贤村路口到首师大附中。求这一过程的路程和位移。,问题与练习,路程：700m 位移：500m 西偏南37,问题2 物体从位置xA移动到xB，请画出并求解这一过程的位移。,位移：4m x轴负方向,标量与矢量,标量 只有数值大小，没有方向的量。如：时间 温度 功 运算法则：算术加减法则 矢量 既有大小又有方向的量。如：位移 速度 力 *运算法则：三角形法则（教材P13 思考与讨论）,将矢量x1、x2首尾相接，从x1矢尾指向x2矢端的矢量为这两个矢量之和x 。,将矢量x、x1矢尾相接，从x1矢端指向x矢端的矢量为这两个矢量之差x2 。,作业布置与要求,作业要求 在作业本上完成作业。作业本分栏使用。不抄题，注明页码及题号。按具体要求写清必要的过程分析，图形操作，求解过程、结果等。 作业清单 练习册： P7：6 要求画图，建立地理坐标系，标注旗杆及汽车位置。 P8：4 要求画图，标注位移及路程（分清颜色），写明求解过程。 P8：7 要求画图，以幻灯片规范格式标注。（本题只文科作） P9：9 要求画图，建立坐标系（包含四要素）。,3.运动快慢的描述速度,思考,人们如何比较物体运动的快慢？,在相等的时间内比较通过的位移,在通过相等的位移时比较时间,变化率,思考 若两者的位移和时间均不相同，能否比较物体运动的快慢？ 比值定义法 位移与发生这段位移所用时间的比值可以反映运动的快慢。,物理量随时间变化率 物理量的变化与发生这段变化所需时间的比值称为这个物理量随时间的变化率。它可以反映这个物理量变化的快慢。这样的情况还有很多，如：功率等。,单位：米/秒 （m/s或ms-1 ）,平均速度,一张闪光照片,思考 小球做什么运动？如何描述小球运动的快慢？ 平均速度（矢量） 定义：物体在一段时间内发生的位移与这段时间的比值。它只能粗略地描述变速运动的快慢。,方向：运动方向（位移的方向）。,对运动的分割,分割小球的运动,由此可以看出：以更小的时间间隔分割运动过程，用更多组平均速度数据共同描述这个过程时，对运动的描述会越精细（微分思想）。,瞬时速度,瞬时速度（矢量） 定义：运动物体在某一时刻(或某一位置)的速度。准确地讲，瞬时速度是物体在某时刻前后无穷短时间内的平均速度。,大小：速度矢量的大小，也称为速率。 方向：运动轨迹的切线方向。,汽车的速度表指针反映的是什么？,常见物体的速度,问题与练习,问题1 汽车在1分30秒时距离坐标原点-300m，在2分55秒时距离坐标原点+1400m，请你画出草图并求出这段时间内汽车行驶的平均速度。,提示：1.平均速度是矢量，必须表明方向。 2.注意本题求解过程中的图形操作规范和符号运算规范。,问题与练习,问题2 运动员百米训练时，前2秒内的位移为17m，第3秒内的位移为11m，第4秒内的位移为12m，求： （1）这三段时间的平均速度分别是多大？ （2）这4秒内的平均速度是多大？,答案：（1）8.5m/s，11m/s，12m/s （2）10m/s,提示： 1.一个运动过程的不同阶段的平均速度往往是不同的。因此在表述平均速度时必须先明确“哪一段过程的”或“哪一段时间的”。 2. 用多个平均速度描述运动更加精细。 3.平均速度不是速度的平均值。,*平均速率,思考 甲、乙两位同学用不同的时间围绕操场跑了一圈，都回到了出发点，他们的平均速度相同吗?怎样比较他们运动的快慢?,答案：相同，均为零。,平均速率（标量） 定义：物体运动通过的路程与所用时间的比值。,练习 一同学绕400米跑道跑了三圈，用时5分钟，求此过程的平均速度和平均速率。,答案：0，4m/s,4.实验：用打点计时器测速度,实验室基本行为规范,进入实验楼区请保持安静。 实验室座次应固定，由课代表记录备案。 在实验室就坐后，未经允许不可随意触动实验器材及桌面电源。 实验结束后应自觉将实验仪器拆卸摆放整齐，必须由课代表检查同意后方可离开。未经检查而离开的学生对出现的损坏、丢失仪器等问题负全责。离开前将圆凳放回原位。 爱护实验室中的所有设备、仪器，保持实验室整洁卫生，不得带入食品、饮料等无关物品。,实验准备,电磁打点计时器和电火花计时器分别使用什么电源？它们的打点周期是多少？ 用毫米刻度尺测量长度时，下列结果哪一个是正确的? A.1.45mm B.23.7cm C.0.041m D. 0.3450m 表1数据栏中的x和t表示位移和时间还是位置和时刻？ 教材估算瞬时速度的方法是什么？实验报告中估算瞬时速度的方法是什么？ 根据实验报告的要求，表3数据栏中的t应如何填写？,20.5mm,36.0mm,50.0mm,打点计时器,电磁打点计时器 使用4-6V、50Hz交流电源，打点周期0.02s。 操作注意：先接通电源，再释放纸带。 电火花计时器 使用220V、50Hz交流电源，打点周期0.02s。,实验过程与实验报告,实验目的 知道打点计时器的结构用途，会使用打点计时器。初步学习利用图像处理数据的方法。 实验原理 利用打点计时器在纸带上记录每经过0.02s物体运动的位置。计算平均速度，估计瞬时速度。 实验器材 打点计时器 固定夹 学生电源 纸带 刻度尺 实验方法与步骤 （1）将打点计时器固定安装在桌面上，并与电源正确连接。（使用交流低压6V输出端或交流220V输出端） （2）将复写纸和纸带正确装入打点计时器。,实验过程与实验报告,（3）打开电源打点计时器正常工作。水平拉动纸带，在纸带上打出合适的点迹后关闭电源。 （4）选择点迹清晰、间隔适当的一段纸带处理数据。 （5）整理实验器材，实验结束。,实验过程与实验报告,实验测量与数据处理,绘制位移随时间变化图像 用刻度尺分别测量0号计数点到1、2、38号计数点的距离，并将各点坐标及对应的时刻数据填入表1中。根据数据描绘位置时间图像（x-t图像）。,位移的测量 长度测量结果应包含准确数字和估计数字。毫米刻度尺读数规则为××.×mm。,绘制速度随时间变化图像 用刻度尺测量02号计数点、24号计数点的位移。将位移和对应的时间数据填入表2中。计算各段的平均速度。 将上述各段的平均速度近似看作每段时刻中点的瞬时速度，抄入表3，并填上各个速度所对应的时刻。根据表3的数据，绘制速度时间图像（v-t图像）,实验过程与实验报告,表1,实验过程与实验报告,表2,表3,实验过程与实验报告,描绘图像 （1）建立坐标系。标注原点、物理量及单位。 （2）规划标度。观察实验数据，制定合适的标度。尽可能充分利用坐标纸。标度一般以10、20或50分度划分。 （3）描绘图线。根据数据用“×”描点。 （4）拟合曲线。观察数据点的分布趋势。用光滑曲线或直线连接尽可能多的点，使其余点尽量均匀分布在线的两侧。,×,离散点,拟合含有“推测”与“取平均”的意义,实验过程与实验报告,误差分析与实验结论,数字化实验室与数字化物理实验,首师大附中数字化实验室简介 本实验室创建于2005年，是当时北京市罕有的几个中学数字化物理实验室之一。它包括传感器实验平台和计算机仿真实验平台两大部分。其中配备了力学、电磁学、光学、声学、热学、原子物理学等众多传感器及模拟或数字电路教学板设备，能够在这里完成几乎全部初高中物理实验。该实验室可支持整班建制的教学活动，也可开展选修课或课外小组活动。在这里还可以利用计算机仿真物理实验平台模拟物理过程，分析动态变化或制作物理仿真课件。 本学期选修课为数字化物理实验，主要内容包括：认识传感器、完成规定的传感器实验和自主探究性传感器实验等三部分。名额40人。数量有限，报完为止。,5.速度变化快慢的描述,思考,速度是标量还是矢量？ 对“速度发生了变化”这句话你如何理解？ 在上节课你拉动纸带的过程中速度变化了吗？ 在你学过的物理量中有没有可以描述速度变化的物理量？,速度变化量,速度变化量（矢量） 意义：描述速度的变化。 定义：末速度与初速度的差。,*运算法则：三角形法则,一维（直线）运动的速度增量,求解一维运动过程速度变化量，矢量运算法则退化为代数运算法则，正负号表示速度的增减。方向可由图形操作来确定。,新浪汽车网页上的一张截图,请比较两种车型的加速性能,对几组数据的分析,请比较三个过程的速度变化量。 请判断哪个过程的速度增加得最快？ 速度变化量是否可以反映速度变化的快慢？,加速度,加速度（矢量） 意义：描述速度变化的快慢。 定义：速度变化量与速度变化所用时间的比值。,方向：速度变化量的方向。 单位：米每二次方秒（m/s2）,一维（直线）运动的加速度,一些物体运动的加速度,问题与练习,问题1 步枪子弹射出时速度为900m/s，经过的时间只有0.001s，则子弹加速度是多少？,提示： 仅仅知道“什么是矢量”并不意味着矢量概念的确立。更重要的是在行动中能够自觉地进行矢量运算的操作。这包括：图形运算操作过程和一维代数运算过程（规定正方向）。,问题与练习,问题2 一物体作变速直线运动，某时刻速度的大小为4m/s，方向向右。2s后速度的大小变为10m/s。求在这2s内： （1）物体速度的变化量。 （2）物体速度的变化率。 （3）物体运动的加速度。,提示： 在进行代数运算过程之前，必须先进行图形运算操作。,问题与练习,问题3 关于速度和加速度的关系，判定下列说法是否正确，并举例说明。（ ） A速度大，加速度一定大 B速度的变化越大，加速度一定越大 C速度的变化越快，加速度一定越大 D速度为零，加速度一定为零 E加速度减小，速度一定减小 F速度方向向东，加速度方向可能向西 G速度变化方向为正，加速度方向可能为负,CF,速度、速度变化量与加速度的对比,请完成下表,6.图像对运动的描述,位置随时间变化图像,匀速直线运动的x-t图像,轴：t自变量（因）x因变量（果） 点：（ tA , xA ）tA时刻的位置xA 线：函数（x=vt）运动过程（匀速直线运动） 斜：斜率速度v,问题与练习,请根据图像画出运动情境图,截：纵轴截距零时刻的位置,请目测比较B、C两物体的速度大小。,vCvB,知识拓展,分组实验中的x-t图像,将图线分割，每段时间内的平均速度等于图线在这段的割线斜率。如果分割的时间间隔无限小，这段时间的平均速度则转化为某时刻的瞬时速度。割线将与这一时刻的切线重合。也就是说，在x-t图像中曲线在某点的切线斜率表示该点对应时刻的瞬时速度。过原点的直线是曲线图像的特例，反映了一个匀速直线运动过程。,红线表明物体先加速运动后减速运动。,速度随时间变化图像,匀速直线运动的v-t图像,轴：t自变量（因）v因变量（果） 点：（ tA , vA ）t时刻的速度v 线：函数运动过程（匀速直线运动） 面：图线与其在横轴投影所围的面积位移,截：纵轴截距零时刻的速度,速度随时间变化图像,描述AB两个物体运动的v-t图像,红线表明物体做加速度先增大后减小的加速运动。,斜：斜率加速度a,*瞬时加速度：,问题与练习,请根据图像画出运动情境图,截：纵轴截距零时刻的速度,请目测比较B、C两物体的加速度大小。,aCaB,作业与要求,作业本作业 （1）P10.5绘制情景图（2个），表明公式及计算过程。 （2）P11.8绘制情境图，写明求解过程。 （3）P13.7绘制纸带，在上面标注各已知的距离数据，和待解的距离。并用语言（文字）表述题中“在等时间内位移的增加量相等”这一句话的含义。 （4）P14.5绘制情境图，图中表明坐标系、位置、速度、加速度的方向，分清初末状态及时刻。 （5）进行章节复习，下周考试。做第一章知识结构图（只允许使用作业本一页） 练习册作业 将练习册P20页前（第一章全部内容）完成。,章节总结无字天书的第一页,运动的描述,艺术的美,庄重与幻化的结合,完美与残缺的统一,动感与稳定的和谐,“美”究竟是什么？,直到目前没有人能够给出一个明确的定义。,但是，“美”一定是使人类感到“愉悦”的一种主观体验！它与人类对自身的某种“崇拜”有关。,古希腊人认为“人体是最美的容器”,科学的美,对称的美 简约的美 自洽的美 守恒的美,科学美的“定义”：,一张情境图的绘制,