教案 高一物理第一章 描述运动的基本概念

第一章 运动的描述

本章整体分析

运动学是力学部分的基础之一，在整个力学中有相当重要的地位．因此，这一章从最基本、最简单的直线运动入手，引导学生学习对运动状态的描述方法，以及物理学研究问题的基本思路、方法．这些都是进一步学习的重要基础．因此一开始学习，必须形成正确的认识，学会科学的学习方法．

通过本章的学习，不仅要认识到描述运动的基本物理量，而且要通过对这些问题的研究，了解和体会物理学研究问题的一些方法，如理想化模型，图象方法以及处理实验数据的方法．

本章内容可分为两个部分：第一部分主要介绍机械运动及质点的概念，介绍如何描述位置的变动；第二部分介绍描述机械运动状态的物理量，以及如何用实验手段了解物体的运动情况，用图象描述运动。

①质点

②参考系和和坐标系

③时间和时刻 基本概念 ④位移和路程

⑤速度（平均速度、瞬时速度、速率）

⑥加速度

意义：表示速度随时间变化规律

①确定某时刻的速度 v －t 图

②判断物体运动性质（加速、减速） 应用 ③判定运动方向（正方向、负方向）

④看加速度

实验：用打点计时器测速度 运 动的描述

第一节 质点 参考系和坐标系

重点难点

1．突出主要因素，忽略次要因素，将实际问题简化为物理模型，是研究物理学问题的基本思维方法之一，这种思维方法叫理想化方法．“质点”就是利用这种思维方法建立的一个理想化的物理模型．如果在研究的问题中，物体的形状、大小及物体上各部分运动的差异是次要或不起作用的因素，就可以把物体看作质点．

质点是用来代替物体的具有质量的点，因而其突出特点是“具有质量”和“占有位置”，但没有大小，它的质量就是它所代替的物体的质量．

质点没有体积，因而质点是不可能转动的．任何转动的物体，在研究其自转时，都不可简化为质点．

质点不一定是很小的物体，很大的物体也可简化为质点．如地球是很大的，

但在研究其

绕太阳公转时可把它看作质点．同一物体有时可以看作质点，有时又不能看作质点，要具体问题具体分析．如研究一列火车从北京到上海的运行时间时，可把火车看作质点，而研究整列火车通过某一路标所用时间时，显然要考虑火车的长度，这时就不能把列车看作质点了．

2．宇宙中的一切物体都处在永恒的运动中，在描述一个物体的运动时，必须选择另外的一个物体作为标准，这个被选来作为标准的物体就叫做参考系，一个物体一旦被选作参考系，就必须认为它是静止的．选择不同的参考系来观察同一个运动，得到的结果会有不同．例如，从匀速飞行的飞机上向地面空投物资，飞机上的人以飞机作参考系，看到投下的物体沿直线竖直下落；地面上的人以地面作参考系，看到物体是沿曲线下落的．

选取参考系时要考虑研究问题的方便，使之对运动的描述尽可能简单．在不说明参考系的情况下，通常应认为是以地面为参考系的．

3．为了定量描述物体的运动，可借助于数学工具．如果物体做直线运动，可在参考系上建立一维坐标系，如x 轴；如果物体在平面上运动，可建立平面直角坐标系；如果物体在空间运动，可建立x-y-z 三维坐标系．

典例剖析

例1 在下列各物体中，可视作质点的物体有：

A ．研究公路上行驶的汽车

B ．研究转动的汽车轮胎上各质点的运动情况

C ．表演精彩动作的芭蕾舞演员

D ．参加百米赛跑的运动员

E ．乒乓球运动员接球时的弧旋球

分析解答: 物体可视为质点的条件是：在所研究的问题中，物体的大小和形状应属于无关因素或次要因素．AD 中物体本身的大小比它的运动范围小得多，可以忽略其大小和形状，故可视为质点．BE 中轮胎和球在转动，物体的大小和形状起主要作用，不能忽略，故不能视为质点．Ｃ中考虑芭蕾舞演员的表演，其中有不能忽略的旋转花样动作，身体各部分的运动情况不全相同，不能视为质点．

解后反思: 一个物体能否看作质点，一定要对具体问题具体分析，要看大小，形状在所研究问题中起的作用而定．

例2 当人坐船行驶在河中观看两岸青山时，常有“看山恰似走来迎”的感觉，而变换一下角度，又感到“仔细看山山不动”．上述两种情景各是以什么为参考系?

分析解答: 第一种现象是以船为参考系，人看到远处的山向人靠近；第二种现象是以河岸为参考系，山是静止的．

解后反思: 描述物体的运动，必须明确参考系；选不同的参考系，对同一物体的运动的描述可能是不同的．

例3 我们描述某个物体的运动时，总是相对一定的参考系．下列说法中正确的是

A ．我们说“太阳东升西落”，是以地球为参考系的

B ．我们说“地球围绕太阳转”，是以地球为参考系的

C ．坐在火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，乘客是以他自己为参考系的

D ．参考系必须选取地面或相对于地面不动的其他物体

分析解答: “太阳东升西落”是地球上的人站在地球上观察到太阳的运动，是以地球为参考系的，故选项Ａ是正确的．

“地球围绕太阳转”，描述的是地球的运动，地球是不能选作参考系的，围绕太阳转，是以太阳为参考系的，故选项Ｂ是错误的．

火车上的乘客观察铁路旁的树木、电线杆，看到树木、电线杆迎面向他飞奔而来，是以火车或他自己为参考系的，故选项Ｃ是正确的．

参考系的选择是任意的，虽然通常是以地面为参考系，但不是必须的，实际问题中，为方便起见，也可以选择其它的参考系．故选项Ｄ是错误的．

解后反思: 描述物体的运动，就要想到运动是物体的位置变化，想到物体的位置变化是相对于某个被认为不动的物体――参考系，参考系是任意选择的，但要学会从具体的运动描述中明确选择什么物体作为参考系的．

第二节 时间和位移

重点难点

1．时间和时刻是我们在今后的学习中经常涉及的

概念，但由于日常生活中一些习惯说法，如在“作息时

间表”、“什么时间上课”中“时问”的含义是“时间”，

而在“一节课多长时间”，“假期多长时间”中“时间”图1－2

的含义是“时问间隔”．在这些叙述中把时间和时刻混

为一谈，致使同学们对这两个不同的概念分辨不清，容易混淆．时刻指的是某一瞬时，在时间轴上，每一点表示时刻．时间是两时刻之间的间隔，在时间轴上，两点之间的一段距离表示时间，如图1－2

所示，A 点为计时时刻，即“0时刻”．D 点是“第3 s 末”的时刻，也说成“第4s 初”．“第2 s内”指是的Bc 之间从“第2 s初”到“第2 s末”的1 s的时间间隔．“前2 s内”是指A 、c 之间的从“0时刻”到“第2 s 末”的2 s 的时间间隔．时间的测量在实验中, 常用秒表和打点计时器．

2．对位移和路程的区别，应掌握以下几点：

①位移是描述质点位置变化的物理量，用从初位置指向末位置的有向线段来表示；路程是质点通过的实际运动轨迹的长度．

②位移是矢量，既有大小，又有方向；路程是标量，只有大小，没有方向．

③位移和路程都是过程量，都对应某个过程．

④位移只与质点的初位置与末位置有关，与质点的运动路径无关，当初、末位置确定后，位移就是唯一确定的，而路程不仅与质点运动的初、末位置有关，而且还与质点运动的路径有关．在初、末位置确定后，路程并不能唯一确定．与同一位移对应的路程可以是初末位置间的任何一条曲线．

⑤一般情况位移大小小于路程，只有当质点作单方向直线运动时，位移大小和路程才相等．

典例剖析

例1 以下的计时数据指时间的是 ( )

A ．天津开往德州的625次硬座普快列车于13时35分从天津西站发车

B ．某人用15 s跑完100 m

C ．中央电视台新闻联播节目19时开播

D ．1997年7月1日零时中国开始对香港恢复行始主权

分析解答：A 中列车于13时35分从天津西站发车，Ｃ中19时开播，Ｄ中1997年7月1日零时均是指某一瞬时，是时刻；B 中15 s是对就一段过程，是时间间隔．故选Ｂ． 解后反思：时刻指的是某一瞬时，在时间轴上，每一点表示时刻．时间是两时

刻之间的间隔，在时间轴上，两点之间的一段距离表示时间，要能结合生活中实

例加以区别．

例2 如图1－3所示，一质点沿两个半径为R 的圆弧由A 运动到C ，则它的位移

和路程分别为 ( )

A ． 4R ，2πＲ B ．4R 向东，2πR向东

C ． πR 向东，4R D ．4R 向东，2πR 图1－3

分析解答: 质点的位移s 的大小等于初位置A 与末位置Ｃ之间的距离．S ＝4R ，位移s 的方向从A 指向Ｃ，即向东．质点的路程d 等于质点通过的两人半圆弧的总长度，即d ＝πR ＋πR＝2πR ．路程是标量，没有方向．故选Ｄ．

解后反思: 位移只与质点的初位置与末位置有关，与质点的运动路径无关，当初、末位置确定后，位移就是唯一确定的．而路程不仅与质点运动的初、末位置有关，而且还与质点运动的路径有关．

例3 一实心木块体积为a ×b ×C ，如图1－4所示，有一小虫自A 点运动到B 点．求：

(1)最短路程；(2)小虫位移的大小．

22分析解答: 设想将上表面向外翻转90°，可得最短路程为a +(b +c ) ．不管

小虫怎样运动，位移都可以用从A 指向B 的有向线段来表示，线段的长度表示位移的大小，即位移的大小为a 2+b 2+c 2． 图1－4 解后反思: 路程是质点运动轨迹的长度；位移是由初位置指向末位置的有向线段，与运动路径无关，只与初、末位置有关．轨迹为曲线时．可利用“曲变直”思想，求解路程．

第三节 运动快慢的描述——速度

重点难点

1、 坐标与坐标的变化量

物体沿直线运动，一般以这称直线为x 轴建立坐标系．物体位移变可以通过坐标的变化量△x 表示，△x 的大小表示位移大小，△x 的方向表示位移方向．

2、如何区分速度和速率?

速度是矢量，它描述质点运动的快慢和运动方向，也可以表述为：它描述质点位置改变的快慢和位置改变的方向．它有平均速度和瞬时速度之分，平均速度是质点的位移和发生这段位移所用时间的比值．瞬时速度是指质点在某一时刻(或某一位置) 时的速度．

速率是标量，它只描述质点运动的快慢．平均速率是质点的路程和通过这段路程所用时间的比值．由于一般情况质点的路程要大于位移的大小，所以平均速率一般也要大于平均速度的大小，只有在单方向直线运动中，平均速率才等于平均速度的大小．瞬时速率就是瞬时速度的大小，简称为速率．

3、如何理解平均速度和瞬时速度?

当质点做匀速直线运动时，因为在任何相同的时间内发生的位移都相同，所以任取一段位置坐标变化△x 和与之对应的时间△t 的比值△x ／△t 是恒定的，它反映了质点运动的快慢和运动的方向．

在变速直线运动中，质点每时每刻的运动情况都不相同．所以为了描述质点在一段时间内（或一段位移上）运动的快慢和方向，常把该段时间内（或该段位移上）的变速直线运动等效为匀速直线运动，这样质点的位移s 与相应的时间t 的比值s ／t 就是变速直线运动的质点在这段时问内（或这段位移上）的平均速度，平均速度只是粗略地描述质点的运动情况．对变速直线运动，在不同时间内（或不同位移上）的平均速度一般不同．

典例剖析

例1 对做变速直线运动的物体，有如下几种叙述

A ．物体在第1 s内的速度是3 m／s

B ．物体在第1 s末的速度是3 m／s

C ．物体在通过其路径上某一点时的速度是3 m／s

D ．物体在通过一段位移s 时的速度为3 m／s

以上叙述中表示平均速度的是

分析解答: 瞬时速度是指物体在某一时刻（或某一位置）的速度，它与时刻（或位置）对应；而平均速度是针对一段时间（或一段位移）而言的，它与时间（或位移）对应，由此分析，表示平均速度的是AD ，表示瞬时速度的是BC ．

解后反思:区分瞬时速度和平均速度的主要抓住是针对某一段时间间隔还是针对某地时刻． 例2 甲乙都做直线运动，甲前一半位移的平均速度为v 1，后一半位移的平均速度为v 2，全程的平均速度为v 甲；乙前一半时间的平均速度为v 1，后一半时间的平均速度为v 2，全程的平均速度为v 乙 （v １≠v ２）则 （ ）

A ．v 甲＜v 乙． B ．v 甲＝v 乙 C ．v 甲＞v 乙 D ．无法确定

分析解答: 甲的总位移为2 s，乙的总时间为2 t，则：

v 甲=2v 1v 2s +s 2v 1t +v 2t v 1+v 22s 2s == v 乙=1 ==s s 2t 2t 2t 1+t 2v 1+v 2+v 1v 2

2v 1v 2v 1+v 2-(v 1-v 2) 2

两式相减，v 甲-v 乙=-=

所以v 甲＜v 乙，选项A 正确．

解后反思: ⑴一般的变速直线运动，求平均速度时，要紧扣定义式，找位移和该位移对应的时间，不要凭想当然地编造公式．

⑵平均速度与时间相对应，不同时间内的平均速度一般不相同，所以，谈平均

速度要明确是哪段时间内的平均速度．