高中物理第c册 直线运动的位置和位移在本章和后面两章中,我们主要研究直线运动。如图1.24,物 体在时刻1处于“位置”x1,在时刻2运动到“位置”x。那么,x-x就代表物体的位移” 记为 Ar=x-x △x △x 图124物体先后两个坐标x和表示物体的 图1.25一个物体从A运动到B.初位置的坐 位置,坐标的变化量△x表示物体的位移 标是x4=3m,末位置的坐标是x=-2m,它 的坐标变化量△x=? 问题与练习 1.以下各种说法中,哪些指时间?哪些指时刻? A.列车员说:“火车8点42分到站、停车8分, B.“您这么早就来啦,等了很久吧! C.“前3秒”“最后3秒”“第3秒末”“第3秒内" 2.某市出租汽车的收费标准有120元/公里、160元/公里、200元公里……↑xm 其中的“公里”指的是路程还是位移? 3.田径场跑道周长是400m (1)百米謇跑选用跑道的直道部分,运动员跑完全程的路程是多少?5 位移大小是多少? (2)在800m跑比赛中,不同跑道的运动員跑完全程的路程相网吗?￥ 跑完全程的位移相同吗?请结合田径比赛的规則想一想, 4.从高出地面3m的位置竖直向上出一个小球,它上升5m后回落, 最后到达地而(图1.26),分别以地面和抛出点为原点建立坐标系,图126按照这 方向均以向上为正,填写以下表格。 个坐标系填表 坐标原点的设置出发点最高点落地点上升过程下落过程全过程的 的坐标的坐标的坐标的位移的位移总位移 以地面为原点 以抛出点为原点 14
3 运动快慢的描述一一速度 章 坐标与坐标的变化量一辆汽车在 沿平直公路运动,设想我们以公路为x 动 的 轴建立直线坐标系,时刻1汽车处于A 点,坐标是x1=10m,一段时间之后, 时刻12到达B点,坐标是x2=30m(图 图13-1注意区别坐标和坐标的变化量 13-1)。x2一x就是这辆汽车位置坐标 的变化量,可以用符号“Ax”表示 Ar=x-x 从这个伪子可以出,计算坐标变化量时 =30m-10m 应该用后来的坐标去来的坐标 =20m 我们在本章只讨论物体沿着直线的运动,并以这条直线为x坐标轴,这样,物体的位 移就可以通过坐标的变化量来表示。Ax的大小表示位移的大小,Mx的正负表示位移的方向。 同样,可以用M表示时间的变化量 思考与讨论 1.上述汽车(质点)在向哪个方向运动? 2.如果上述汽车潛x轴向另外一个方向运动,位移Ax是正值还是负值? 速度不同的运动,位置变化的快慢往往不同,也就是说,运动的快慢不同。要比较物 体运动的快慢,可以有两种方法。一种是相同时间内,比较物体运动位移的大小,位移大, 运动得快。例如,自行车在30min内行驶8km,汽车在相同时间内行驶50km,汽车比自行 车快。另一种是位移相同,比较所用时间的长短,时间短的,运动得快。例如,百米赛跑, 目前男子百米世界记录是978s,而某位同学跑完100m用了13.5s,这位同学跑得慢些。 那么,怎样比较汽车与百米赛跑运动员的快慢呢?这 就要找出统一的比较标准。物理学中用位移与发生这个位 在这里,我们用两个物理量 移所用时间的比值表示物体运动的快慢,这就是速度和时间的比值定义了一个 ( velocity),通常用字母代表。如果在时间M内物体的位 新的物理量(速度),它的理 义与原来的两个物理量完全不回 移是Ax,它的速度就可以表示为 今后还会多次遇到用比值定 义的物理量 △x 15
高中物理第c册 在国际单位制中,速度的单位是米每秒,符号是ms或ms-1,常用的单位还有千米每 时(kmh或kmh-1)、厘米每秒(cms或cms-1)等。 速度也是矢量,既有大小,又有方向。速度的大小在数值上等于单位时间内物体位移的大 小,速度的方向就是物体运动的方向 平均速度和瞬时速度一般说来,物体在某一时间间隔内,运动的快慢不一定是时时 样的,所以由(1)式求得的速度,表示的只是物体在时间间隔A内的平均快慢程度,称为平均 速度( average velocity)。 显然,平均速度只能粗略地描述运动的快馒。为了使描述精 确些,可以把M取得小一些。物体在从t到t+M这样一个较小 的时间间隔内,运动快慢的差异也就小一些。M越小,运动的 127988 描述就越精确。如果M非常非常小,就可以认为表示的是 物体在时刻t的速度,这个速度叫做瞬时速度( instantaneous velocity)。我们在初中学到的匀速直线运动,就是瞬时速度保持 图132汽车速度计显示的速 度可以看做附时速度 不变的运动。在这种运动中,平均速度与瞬时速度相等 在以后的叙述中,“速度”一词有时指平均速度,有时指瞬时速度,要根据上下文判断。 与所有矢量一样,速度既有大小又有方向。瞬时速度的大小通常叫做速率( speed)。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。日常生活和物理学中说到 的“速度”,有时是指速率,要根据上下文判断。 做一做① 设计方法,测量自行车在不同情况下行驶(如长距离和短距离)时的速度,测量蚊香燃烧的速度。 对测量结果的可靠性做出评估。 常见物体的速度o(ms2) 光在真空中传播 3.0×10°军用喷气式飞机 约约 1600 地球公转 3.0×10大型客机 300 人造卫星或飞船(近地圆轨道) 约7×10火车(快车) 可达60 洲际弹道导弹 约5×103高速公路上的汽车 最快33 远程炮弹 约2×10野兔 约18 普通炮弹 约1×103远洋轮船 步枪子弹 约900赛马 约15 巡航导弹 约800 ①本书中,“做一做”和“说一说”栏目中的内容是扩展性的,不是基本牧学内容。间学们可根据自已的条件在老师 的指导下选学 16
说一说 著名物理学家、诺贝尔奖获得者费恩曼(R.P. Feynman,1918 1988)曾讲过这样一则笑话 位女士由于驾车超速而被警察拦住。警察走过来对她说:“大太, 您刚才的车速是60英里每小时1“(1英里=1.609千米)。这位女士反 驳说:“不可能的!我才开了7分钟、还不到一个小时,怎么可能走了 章运动的描述 60英里呢?““太太,我的意思是:如果您继续像刚才那样开车,在下 个小时里您将驶过60英里。“这也是不可能的。我只要再行驶10英 图133她没有认清 里就到家了,根本不需要再开过60英里的路程。 哪个科学概念? 通过这个笑话,你对“用比值定义物理量”是否有了更深刻的认识? 速度与现代社会 人类自发明木轮车直到制成时速500km/h的磁浮列车 以及音速飞机,为了获得高速交通工具,奋斗了几千年。 从某种意义上说,在人类发明的各种机械中,交通工具最深 刻地改变了我们的生活。我们所用的物品,几乎没有一件不 是由铁路或公路运输而来。不难想像,如果没有了火车和汽 公元前2000年印度河谷哈拉巴人 所用的丰钢的泥盟模型 车,现代社会将会瘫疾。 从世界各国的城市发展史上看,大城市规模的大小与车速 的提高密切相关。大城市的直径一般就是当时最快的交通工具 在1h内走行的距离。以北京为例,清朝末年北京的“内城”大 约是一个边长5km的正方形,马车的速度大约就是5kmh;今 天,有了发达的公路系统,有了快速轨道交通,汽车、城铁的 速度大约是几十千米每时,北京市城区的直径也扩大到了几十 千米 城市中的车速不能无限提高,城市的规模也就不能无限扩 大。“摊大饼”式的城市规划可能带来以交通问题为主的许多 矛盾。目前许多人认为,合理的发展模式是建立中心市区与卫 图134北京旧城地图 星城组成的城市群 运兵工具和武器运载工具的发展改变了战争的面貌。现代战争的“战场”已经与过去的意义 完全不同。相距几千千米、几万千米的敌对力量之问很短时问内就能爆发大规模战争。空中打击 的力量大大加强,过去的一些战术方法已经不再适用。由于车辆的使用,部队的机动性大大提高
高中物理第c册 速战速决的战争理论有所发展… 交通网络的形成大大缩短了不同地域的时空距离,促进了国与国、民族与民族之间的物资交 流和人员往来。贸易上的互补,可以优化物质资源和人力资源的配置、促进世界经济的发展。不 同文化的交融进一步促进了社会的进步…… 然而、大量汽车带来了交通堵塞、频繁的事故、能源的过度消耗、尾气与噪声污染等一系列 社会问题。这些不仅妨碍了人们的工作和生活,而且制约着社会经济的进一步发展 如何处理这些矛盾,一直是人们努力探索的课题。随着可持续发展战略的实施,人们对发展 交通的意义有了新的认识,采取了许多有效的措施。例如,研制各种绿色汽车(使用压缩天然气 或液化石油气的汽车、太阳能车、电动车……).对现有汽车的使用在时间和道路上进行限制,根 据城市规模发展地上,地下快速的立体化交通和轨道交通 讨论:交通工具的速度是不是越快越好? 图1.35协和式客机。由英法两国共同研制,1976年 投入运营。它能在20000m的高空以2倍声速飞行, 是惟一的超音速客机。但是,它的能耗太大,飞行和 维护的成本太高,加之起飞和降落时的巨大噪声,以 及安全隐患,所有协和式飞机于2003年10月已全部 退出运营。近30年的“协和史”引发人们深思:有 没有必要无限制地追求“高速度”? 问题与练习 1.光在真空中传播的逵度为30×10ms T107 车次 T108 (1)1光年(光在一年中传播的距离)相 当于多少米? 北京西 自 北京西 (2)除太阳外,最靠近地球的恒星是半 北京西站名 人马座中的比邻星(很遣憾,在北丰球深圳起公里 深圳 看不到),它离我们40×10°km,它发 20:30 0北京西 13:35 出的光要多长时间才能到达地球 0:24 350 聊城 36 32 9:28 2.汽车从制动到停止下来共用了55,这 528 菏泽 段时间内,汽车每1s前进的距离分别 805 是9m、7m、5m、3m、m。 4:26 853 早阳 (1)求汽车前1s、前2s、前3s、前4s 34 532 和全程的平均逵度,这五个平均速度中 哪一个最接近汽车关闭油门时的瞬时 图136列车时刻表 18