资源简介

(共28张PPT)
主题一
运 动和力
物理
在生活中，我们随处可以看到物体在运动：人在行走，车辆在行驶，河水在奔流，鸟儿在飞翔……就连我们脚下的地球也在不停地自转、公转。物体空间位置随时间的变化是自然界中最简单、最基本的运动形态，在物理学中称为机械运动，而研究物体做机械运动规律的分支被称为力学。力学是一门古老的学科，它所研究的内容——运动与力及其相互关系和规律，既是物理学的基础，也是科学和工程技术的基础。
在本主题中，我们要学习运动和力及其规律，了解描述运动的基本概念，重点研究物体做匀变速直线运动的规律以及运动状态变化和力的重要关系，掌握牛顿运动定律在生产和生活中的应用。
第一节
　运动的描述
2008 年9 月27 日16 时41 分，我国宇航员打开神舟七号载人飞船轨道舱的舱门，首度实施空间出舱活动，在茫茫太空中第一次留下中国人的足迹。
2021 年7 月4 日14 时57 分，经过约7 h 的出舱活动，神舟十二号航天员乘组密切协同，圆满完成了出舱活动期间全部既定任务，航天员刘伯明、汤洪波安全返回天和核心舱，标志着我国空间站建造阶段航天员首次出舱活动取得圆满成功（图1-1）。
一、质点
由于运动物体各部分的位置变化十分复杂，要想详尽地描述物体的位置及其变化是十分困难的。
首先，为了找到物体运动的基本规律，我们需要对物体进行合理的简化。例如，一辆汽车在公路上行驶，尽管它的发动机、传动结构及车轮的运动是很复杂的，但是，当我们研究汽车运动到什么地方、运动的快还是慢等情况时，可以用一个“点”代替汽车（图1-2）。
当我们研究汽车在狭窄车道上转弯（图 1-3）的情况时，汽车的长度和宽度是否可作为重要数据？是否可以忽略其数值？是否可以将汽车看作“一个点”？
思考讨论
质点是一种理想化模型。在物理学研究中，为突出物体的质量属性，忽略物体的大小和形状等次要因素，而建立的“代表物体质量的点”称为质点。将理想化模型作为研究对象，可使物理问题的研究大大简化，这是我们在学习中经常用到的一种物理科学方法。
学习提示
二、时间与时刻
物体的运动总是伴随着时间和空间而进行的。在表示时间的数轴上，一个点表示一个时刻，而两个点之间对应的线段表示时间。比如上午 8 点开始上课，8 点45 分下课，这里，8 点就是指这一节课的开始时刻，称为初时刻，8 点 45 分称为末时刻。这两个时刻之间相隔 45 min，这就是一节课所经历的时间。今后我们要注意科学地表达它们，如 3 s 内、前 3 s、第 3 s、3 s 末、第 3 s 初、第 3 s 末等，如图 1-4 所示。
三、位置与坐标
研究运动，离不开描述物体在空间中的位置。在生活中，怎样描述一个物体的位置呢？假设一乘客在某车站下车后沿着一条东西方向的道路行走，如果他告诉你他到了该车站东面 2 km 处，你能够很清楚地知道他的位置。但如果他只说自己距离车站 2 km，你就无法确定他的具体位置，因为你不知道他在车站的哪一侧。
在物理学中，通常借助数学的方法建立坐标系来描述物体的位置。
质点做直线运动时，我们可以取这条直线为坐标轴（x 轴），以轴上的某个参考点为原点 O，规定好坐标轴的正方向和单位，质点的位置就可以由它的位置坐标，即一个带有正负号的数值来确定。比如，我们要确定上述乘客的位置，就可以取 x 轴的正方向为东，并且取车站为坐标原点（图 1-5），那么乘客所说位置的坐标就应记为 x=+2 km。
同样，如果质点不在一条直线上运动，而在平面内运动，我们也可以用直角坐标系中的坐标来描述它的位置。
四、位移与路程
一个人想要从天津到上海去开会，可以选择火车、飞机和轮船三种不同的交通工具，即三种不同的出行方式。三种出行方式所经过的路径不同，轨迹的长度也不同。但是就位置的改变来说，效果是相同的，都是从初位置—天津到达了末位置—上海（图 1-6）。显然，用路程这个物理量不能表达这种相同的运动效果。
为了表达这种相同的运动效果，在物理学中，引入了位移这个概念。物体运动的轨迹长度叫作路程，从物体的初位置指向末位置的有向线段，叫作位移。在国际单位制中，位移的单位是米，符号为 m，常用单位还有千米（km）等。
位移不但有大小，而且有方向，通常用字母 s 表示。图 1-6 中人的位移的大小是指从初位置 A 指向末位置 B 的有向线段的长度，位移的方向是由初位置 A 指向末位置 B，如图 1-7 所示。
五、速度与速率
（一）速度
物体沿一直线运动，如果在任何相等时间内的位移都相等，这种运动称为匀速直线运动，简称匀速运动。在匀速运动中，蜗牛、汽车和火箭等的运动情况明显不同，有的运动得慢，有的运动得快。为了表达它们的这种差别，我们引入速度的概念。速度的大小等于位移 s 与发生这段位移所用时间 t 的比值，即
在国际单位制中，速度的单位是米每秒，符号为 m/s，常用单位还有千米 / 时（km/h），1 m/s=3.6 km/h。速度是既有大小，又有方向的物理量。速度的方向就是物体的运动方向。
在自然界中，做匀速直线运动的物体是比较少的，一般来说，物体的速度总是在改变的。例如，火车进站时速度越来越慢，出站时速度越来越快。这种速度随时间而改变的运动叫作变速运动。
在变速运动中，物体运动的位移 s 与发生这段位移所用的时间 t 的比值，叫作这段时间内的平均速度，用 表示，即
平均速度并不能反映物体在每一时刻运动快慢的真实情况，只是粗略地描述物复兴号——骄傲的中国速度体在一段运动中总体的快慢程度。要精确地描述变速直线运动，就要知道物体在每一时刻（或每一位置）运动的快慢。我们把运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度，叫作瞬时速度，简称速度。
（二）速率
瞬时速度的方向与物体经过某一位置时的运动方向相同，它的大小叫作瞬时速率，简称速率。
技术上通常用速度表来测定瞬时速率。观察行驶中的汽车仪表盘上的速度表（图 1-8），就会发现速度表指针所指的数值随着行驶的快慢而改变。如果某一时刻指针所指数值为“80”，就说明汽车在这一时刻的速率是 80 km/h，意思是假如汽车从这一时刻开始匀速行驶 1 h，那么它将驶出 80 km。
六、矢量和标量
我们在初中学过长度、质量和时间等物理量。这些物理量只有大小没有方向。而前面学习的位移、速度等物理量，它们既有大小，又有方向。
我们把既有大小又有方向，且它的合成遵守平行四边形定则的物理量叫作矢量。除位移、速度以外，在物理学中还有很多矢量，如力就是这类物理量。把长度、时间、质量和温度等只有大小没有方向的物理量叫作标量。
学习提示：关于平行四边形定则，将在本主题第四节中进行详细讨论。
七、单位制
由基本单位和导出单位组成的一个单位系统叫作单位制。目前，绝大多数国家和我国都在积极推广国际单位制，它是在 1960 年第 11 届国际计量大会通过的。国际单位制的基本单位有 7 个，如表 1-1 所示。
有了上述 7 个基本单位，其他物理量的单位都可以应用公式推导出来，叫作导出单位。例如，由公式
可推知速度的单位是米 / 秒。上述 7 个基本单位和以此推出的导出单位组成了一个完整的单位系统—国际单位制。
掌握单位制的知识对于物理计算十分重要。在今后的计算中，只要各物理量统一使用国际单位制中的单位，就不必将单位代入公式运算，只需写出待求物理量的单位即可。
北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统（图 1-9）是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。
扩展阅读
北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星等组成，地面段包括主控站、时间同步 / 注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。
扩展阅读
20 世纪后期，我国开始探索适合国情的卫星导航系统发展道路，逐步形成了三步走发展战略：2000 年年底，建成北斗一号系统，向我国提供服务；2012 年年底，建成北斗二号系统，向亚太地区提供服务；2020 年，建成北斗三号系统，向全球提供服务。2035 年前还将建设完善更加泛在、更加融合、更加智能的综合时空体系。
扩展阅读
北斗卫星导航系统提供服务以来，已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用，服务国家重要基础设施，产生了显著的经济效益和社会效益。感兴趣的同学可以上网查一查北斗卫星导航系统在有关方面的具体应用。
拓展阅读
1. 下述物体中，可以被看作质点的是（　　）。
A. 正常运行中的手表的秒针 B. 通过大桥的火车
C. 自转的地球　　　　 D. 公路上行驶的公交车
2. 小明沿着校园内的 800 m 圆形跑道跑了一圈，他的路程和位移各是多少？
3. 下列各组物理量中，全部为矢量的是（　　）。
A. 长度、质量、位移　　　 B. 力、位移、速度
C. 位移、温度、面积　　　 D. 体积、速率、时间
课后练习
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