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第1章 质点的运动
引言：自然界的一切物质都在不停地运动着、变化着。绝对不动的物体是没有的，运动和物质是不可分割的，运动是物质存在的形式，是物质的固有属性。物质运动的形式是多种多样的，物体与物体之间或同一物体各部分之间相对位置的变化称为机械运动，机械运动常简称运动。
如飞机对地面的运动、车床上工件对车刀的运动、流动的血液对于人体的运动……等都在作机械运动。机械运动是自然界各种运动中最简单，但又是最普遍的一种运动形式。物理学中，研究机械运动规律的学科称为力学。力学包括运动学、动力学和静力学。运动学研究物体的运动规律，动力学研究物体在力的作用下如何运动，静力学则研究在力的作用下物体如何保持静止。
本章将研究运动的描述、几种简单的运动形式及运动的基本概念和基本规律。
1-1 质点 位移 速度
一、教学目标
1．了解运动的定义，运动的分类。
2．理解参考系的概念，会选择使研究问题方便的参考系。
3．理解质点的概念，掌握这种抽象的物理模型研究方法。
4．掌握时间和位移的含义。
5．能区分时间和时刻，路程和位移。
6．理解平均速度、瞬时速度的概念，会计算平均速度。
二、教学重点难点
重点：1. 参考系的选择，质点的概念。
2. 平均速度、瞬时速度的概念。
难点：位移、瞬时速度的概念，平均速度的计算。
三、教学器材
电教设备，表，粉笔盒。
四、教学建议
教法建议
讨论、电化教学、演示实验、讲解。
教学设计方案
（一）引入新课
在初中乃至小学，我们就开始研究运动，我们说路边的树是静止的，马路上跑的车是运动的……
提问：同学们还能举出那些生活实例？（引导学生举例并分析静止和运动的不同。）
(二) 引出课程内容
1. 机械运动
⑴ 定义：物理学中把一个物体相对于另一个物体的位置变化称为机械运动，简称运动。
机械运动是最普遍的运动形式，小到分子、原子，大到宇宙的天体，一切物体都在运动。
⑵ 机械运动的两个基本形式：平动和转动。
平动：物体上各点的运动情况完全相同。
判断平动的方法：在物体上任意两点作一直线，若物体运动中该直线始终与原来的位置平行，则物体的运动是平动。（图1）
提问：坐在教室中的你，是运动的还是静止的？ 图1
（回答这个问题需要选另一个物体做参考，选择不同的参考物来观察同一个物体运动．观察结果往往会不同。）
⒉ 参考系
⑴ 定义：在描述物体运动时，被选来做标准的另一个物体称为参考系。
讨论得到：对同一物体运动的描述，由于参考系选择的不同，其结果一般是不同的，这称为运动的相对性。
例如，火车中坐着的乘客认为自己是静止的，这是以车厢作参考系来说的；他又认为自己是运动的，这是以地面静止的物体作参考系来说的。
（2） 在说明物体运动时，必须指出是对哪一个参考系而言的，一般情况下，未作特别说明时，均以地球或地面上的静止物作参考系。
例如，车站上的等车人，以路旁的站牌为参考，等车人是静止的，以行驶的汽车为参考，等车人是运动的。
物体都有一定的大小、形状、质量和固定的内部结构。物体运动时，各点的运动情况一般是不相同的，而且物体的大小和形状也可能发生变化。因此，要描述一个物体的具体运动并不是一件简单的事。在有的情况下，如果物体的大小和形状与研究的问题无关或关系不大时，则可把物体看作一个理想模型——质点。
3．质点
⑴ 定义：在研究物体运动时，忽略物体的大小和形状，将物体看成一个带有物体全部质量的点，这个用来代替物体的点称为质点。
提问：什么情况下可将物体视为质点呢？
⑵ 物体可视为质点的条件：
物体作平动。
平动(图1)时，物体上各点运动情况完全相同，可以用一个点的运动代表整个物体的运动，因而可把物体视为质点。
②物体本身的线度(长度或直径)远小于物体运动的路程时，物体可以被看作质点。
（3）注意：① 质点是一种理想化的物理模型。
② 物体当作质点处理的原则：在所研究的问题中,物体的大小和形状不起作用，或者所起作用很小。
例如，研究地球公转时，地球的大小和形状可以忽略，地球可当作质点。研究地球自转时，地球的大小和形状不能忽略，地球不能当作质点。（播放动画：地球自转和公转）
提问：相对于地球，篮球可视为一个点吗？
表1-1给出一些长度（高度、距离）的实际例子。（教师介绍）
4．路程和位移
在现实生活中，如果说让你走100米，你会问“往哪儿走呀？”这就要求我们给定一个具体的方向，但若问“现在几点了？”我们不会反问“哪个方向？”。这就说明，有些物理量必须加以方向来确定。通常我们把物理量分成两类：矢量和标量。
矢量：既有大小又有方向。研究矢量时，即要说明大小也要说明其方向。在作图时，矢量可用有向线段来表示。如图2所示，有向线段的长度AB表示它的大小，箭头表示方向，由A指向B。
标量：只有大小没有方向。 图2
提问：在我们所学过的物理量中，哪些是矢量，哪些是标量？
（矢量如力、速度、位移等，标量如质量、长度，时间等。）
在运动场上我们跑了400 m，和投铅球10 m，这两个数值含义一样吗？（400 m是一步一个脚印量出的，10 m是铅球的起点到落地点的直线距离。）
故此，表示质点位置变化的物理量有两种：路程和位移。
⑴ 路程：质点运动所经过实际路径的长度称为路程
⑵ 位移：从物体的初位置指向末位置的有向线段称为物体的位 图3
移。其大小为运动起点到终点的距离，方向由起点指向终点。
如由北京去上海，可以选择不同的交通路线，走过的路程可能不同， 但是发生的位移是确定的，都是从北京指向东南方向1 080 km处的上海，如图3所示。无论路程如何，从北京到上海的位置变动相同，即位移相同。
⑶ 位移和路程的单位：米，符号是m。
⑷ 位移是矢量，方向是从初位置指向末位置，而路程是标量。
提问：A. 在运动项目上哪些项目成绩记录是路程，那些记录是位移？
B. 分析物体做曲线运动和直线运动时位移的大小与路程是否相等？
引入位移的概念，是强调运动的结果，而不考虑过程。位移的大小与路程一般是有区别的。物体在做曲线运动时，位移的大小与路程不相等。物体做有折回的直线运动时，位移的大小与路程也不相等。只有当物体做方向不变的单向直线运动时，位移的大小才和路程相等。
5．时间和时刻
提问：现在几点了？离下课还有多长时间？几点几分和多少分含义一样吗？
⑴ 时刻：指某一瞬时。它与质点所在的某一位置相对应。（点时间）
⑵ 时间：两时刻之间的间隔。它与质点所经过的某一段位移相对应。（段时间）
⑶ 单位：秒,符号是s。常用单位:h(小时)、min(分)。
在表示时间的数轴上，时刻用点、表示，时间用线段表示，如图4所示
图4
思考：《列车时刻表》能改为《列车时间表》吗 为什么？
表1-2中给出一些时间的实例：（教师介绍）
表1-2 时间实例
过 程 时间t/s
宇宙的年龄地球的年龄万里长城的年龄人的平均寿命地球公转周期（1年）地球自转周期（1日）人的脉搏周期说话声波的周期无线电广播电磁波的周期可见光波的周期最短的粒子寿命 约4×1017约1.2×1017约7×10102．2×1093．2×1078．6×1040．9约1×10-3约1×10-6约2×10-15约10-25
初中物理课学习过一种最简单、最特殊的运动，那就是匀速直线运动，自然界里匀速直线运动是很少见的。物体更多的情况下是做非匀速直线运动。例如火车、汽车起动、进站时，飞机起飞、降落时，百米运动员起跑、冲刺时所做的运动。（教师引导学生分析）
那么，怎样来描述这样的运动状态呢？
6. 平均速度
⑴ 定义：在变速直线运动中，物体的位移跟发生这段位移所用的时的比值，称为物体在这段时间（或这段位移）内的平均速度，用表示。
⑵ 公式：
⑶ 速度的单位：米每秒，符号：m/s 。
⑷ 方向：与运动方向相同
在变速直线运动中，不同时间或不同位移内的平均速度一般是不相同的。求平均速度，必须指明是哪一段时间内或哪一段位移上的平均速度。
平均速度只能粗略地表示质点在一段时间内或一段位移上的运动情况。要精确地描述变速运动，需要知道质点在某个时刻或某个位置的速度。
引导学生思考：在求平均速度中，当所取的时间间隔足够短时，求得的平均速度就可以认为是质点通过某个位置的速度了。我们把这个速度称为瞬时速度。
7. 瞬时速度
⑴ 定义：运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度称为瞬时速度，简称速度，用 表示。
瞬时速度的大小称为瞬时速率，简称速率
⑵ 瞬时速度是矢量，它是用来精确地描述物体在某一时刻（或某一位置）运动的快慢。
教师介绍小知识：汽车里的车速里程表。
图5表示的是汽车的车速表，车速里程表所指示的是汽车行驶速度的大小，实际上是通过测量汽车驱动轮的转速换算出来的。指针所指的数值，就是某时刻该汽车的瞬时速率。指针所指的数值会随行驶的快慢而改变。
8. 讨论讲解
(1) 小球从3 m高处自由下落，被地面弹回后于1 m高处
被人接住，则小球的运动路程和位移分别是多少？ 图5
(2) 在测平均速度的实验里,测得小车运动路程、所用时间分别为s1=7 m t1=5 s,
s2=7 m t2= 2 s,小车全程的平均速度是多少？
(3) p10～11 习题1-1 1、2、3、4、5。
表1-3中给出了一些实际运动速率的数值。（教师介绍）
。
（三）小结
1．运动具有相对性，对不同的参考系，物体的运动情况不同。
2．位移是描述物体位置变化的物理量，其方向为从起点指向终点。
3．时间对应段，时刻对应点。
4．平均速度并不代表物体真实的运动情况，瞬时速度是物体真实的速度。
（四）作业布置
1．p.10-11 6、7题 2．《技术物理练习册》（第3版）相关习题
（五）教学说明
1．质点是为了研究问题方便而引入的理想化模型，以后还会涉及到更多的理想模型。
2．在单向直线运动中，位移和路程大小相等。在研究直线运动中，多用位移来表示。
3．在讲平均速度和瞬时速度时，应简单介绍变速运动。

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