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4.1 机械运动
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01 本节导航·目标清单
目标导航
1. 知道机械运动的含义。
2. 会选取参照物，能根据所选的参照物判断物体的运动情况，以及根据物体的运动判断参照物。
3. 能根据物体运动路线的形状和运动快慢是否变化对机械运动进行分类，了解匀速直线运动和变速直线运动。
4. 能说出速度的意义，掌握不同速度单位之间的换算，并能用速度公式及其变形公式解决物体机械运动的有关问题。
5. 了解运动与能之间的关系以及能的类别。
方法指导
知识推进链：机械运动 → 参照物（运动与静止的相对性） → 运动的分类（直线与曲线） → 速度（比较快慢、概念、公式、单位换算） → 速度的测量与匀速直线运动、变速直线运动 → 速度的应用 → 运动与能。
02 教材精研·内容全解
课前引入
一只老鹰向下俯冲，双爪伸出，从湖中抓起大鱼，振翅飞升。另一只老鹰飞近，伸出双爪抓住大鱼，完成“空中接力”。在这一“空中接力”中，老鹰是运动的还是静止的？我们如何描述老鹰的运动状态呢？
考点01 机械运动
1. 机械运动的概念
物体空间位置随时间变化的运动叫作机械运动。机械运动是自然界中最直观、最常见的一种运动形式，如浩瀚太空中的天体运动、风驰电掣的列车运行、街道上车来人往、导致地表变迁的地壳板块运动、大气和江河水的流动等，它们的空间位置都随时间的变化发生改变。
物体并非只做机械运动，还有其他非机械运动，如生命运动、化学运动等。
扣篮
考点02 参照物
1. 参照物的概念
人们判断物体是运动的还是静止的，总是先选取某一物体作为参照物。相对于这个参照物，如果物体的位置发生了变化，就说它是运动的；如果没有变化，就说它是静止的。
高铁上的学生
2. 参照物的选取原则
（1）排己性：参照物不能选择研究对象本身，因为若以研究对象本身为参照物，则它永远是静止的。
（2）假定性：参照物一旦选定，就意味着假定该参照物是静止的。
（3）任意性：参照物的选择是任意的，既可以选择静止的物体，也可以选择运动的物体。
（4）方便性：通常情况下，为了研究方便，一般选取地面或相对于地面静止的物体作为参照物。
3. 运动和静止的相对性
判断物体是否运动，首先要选定参照物。参照物可以根据需要来选择：选取的参照物不同，对同一个物体运动情况的描述也会不同。被研究的物体相对于一个参照物是静止的，相对于另一个参照物可能是运动的，这就是运动和静止的相对性。对现实中的所有物体来说，运动是绝对的，静止是相对的。
飞机在空中加油时保持相对静止 风洞中的飞行器
4. 科学·技术·工程：空间交会对接技术
空间交会对接技术是指两个航天器在空间轨道上会合，并在结构上连成一个整体的技术。它是实现太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修以及航天员交换与营救等在轨服务的先决条件。
空间交会对接时，追踪飞行器的飞行分为远程导引、近程导引、最终逼近和对接停靠四个阶段，通过人工控制方式或自动控制方式从目标飞行器的前向、后向或径向完成对接，这一过程涉及制导、跟踪和修正航线等复杂技术，可谓“万里穿针”。
2011年11月，神舟八号和天宫一号历时44小时成功实施首次交会对接，我国成为世界上第三个独立掌握空间自动交会对接技术的国家。2022年11月，我国天舟五号货运飞船首次实现2小时自主快速交会对接，创造了世界纪录。
神舟八号与天宫一号对接示意图
考点03 机械运动的分类（直线运动和曲线运动）
1. 直线运动和曲线运动
根据物体运动路线的形状，可以将物体的运动分为直线运动和曲线运动。曲线运动是自然界中物体普遍存在的运动形式，一般来说，直线运动比曲线运动要简单。研究物体的机械运动，我们可以从相对简单的直线运动开始。
城市车流 汽车和过山车的运动 形形色色的机械运动
2. 分类的方法
分类是基于研究对象的某种特征将它们区分为不同类别的方法。例如，我们可以按植物是否有种子，把植物分为有种子植物和无种子植物；按物体运动路线的形状，把运动分为直线运动和曲线运动。分类必须先提出分类标准，再将对象按标准区分归类。分类应突出事物的特征，使事物之间的关系变得更加清晰。
考点04 速度
1. 比较物体运动快慢的两种方法
比较物体运动的快慢有两种方法：一种是在相同时间内，比较物体通过的路程，通过路程长的物体运动快；另一种是比较物体通过相同路程所用的时间，所用时间短的物体运动快。
表示物体运动快慢必须同时考虑路程与时间两个因素。科学上，比较物体运动的快慢，常采用“时间相同，比较路程”的方法，也就是用物体运动的路程除以所用的时间。
比较两次赛跑的快慢
2. 速度的概念
物体的运动路程与所用时间的比叫作速度。用 s 表示路程，t 表示时间，v 表示速度，则速度公式可表示为：速度可以定量描述物体运动的快慢，在数值上等于物体在单位时间内通过的路程。
3. 速度的单位及换算
速度单位由长度单位和时间单位组合而成。在国际单位制中，速度的基本单位是米每秒，符号是 m/s，读作米每秒。常用的速度单位还有千米每时，符号为 km/h。这两个单位的关系是：
一些物体运动的速度（一般值）
4. 速度的应用（公式变形）
根据速度公式，如果我们测得速度、路程、时间三个量中的任意两个量，就可以利用这个公式及其变形公式计算出第三个量：，。
注意：公式中速度、路程、时间三个量必须对应同一个物体，且单位必须统一；如果问题比较复杂，可以画示意图，明确运动过程及量与量之间的关系；先进行字母运算，再代入数值进行计算。
例题：某人过斑马线前看到绿灯亮的时间还剩 6 s，道路宽度为 15 m，步行速度为 2 m/s，则 6 s 内通过的路程 s = vt = 2 m/s × 6 s = 12 m，因 12 m < 15 m，所以在绿灯熄灭前他不能穿过斑马线区域。
道路上的限速牌 汽车上的速度仪 街头电子测速仪
5. 速度的测量方法（区间测速与雷达测速）
为了保障交通安全，必须对交通工具的速度进行限制，并测量其速度。常见的测速方法有：区间测速——在同一路段上设置两个相邻的监控点，通过计算车辆经过这两个点的时间差来判断是否超速，适用于测量车辆在特定路段的平均速度；雷达微波测速——利用雷达发射微波信号，通过测量微波信号的往返时间和雷达与车的距离，计算出车辆的瞬时速度。
考点05 速度的测量（匀速直线运动和变速直线运动）
1. 速度的测量与 s-t 图像
测量物体运动的速度可以从简单的直线运动开始，同一物体在做直线运动时，每隔相同的时间，分别记录物体所走的路程，然后根据速度公式求各段时间内物体的速度。
探索活动：①画出甲、乙两辆汽车路程与时间关系图像，判断各段时间内速度的特点；②让玩具小车从斜面滑下，标记各时刻位置，测出各时间段路程，计算各段速度。
汽车在平直公路上行驶 路程与时间关系坐标图
2. 匀速直线运动
一个物体沿直线运动，如果在相等的时间内，通过的路程相等，它的速度是不变的。我们把物体沿直线且速度不变的运动叫作匀速直线运动。匀速直线运动是最简单的运动，是快慢不变的运动。
在日常生活中，如果物体在运动过程中速度几乎不变，轨迹近似为直线，通常看作匀速直线运动。
人随电动扶梯的运动可看作匀速直线运动 苹果下落的频闪照片
3. 变速直线运动
物体在一条直线上运动，如果在相等的时间内通过的路程不相等，这种运动就叫作变速直线运动。
在许多情况下，我们不需要精确地考察每一时刻的运动，可以测量某物体通过的某段路程与所用的时间，根据速度公式求得比值，得知物体这段时间的运动快慢。
某同学百米赛跑的情况
考点06 运动与能
1. 能的类别
运动是自然世界最普遍的现象，万物都在运动，形式多种多样，而能也有多种形式，如机械能、化学能、电能、电磁能等。
（1）机械能：做机械运动的物体都具有机械能。如天体的运行、河水的流淌、鸟的飞翔、人的行走、蒲公英种子的飘散等，都属于机械运动，故这些物体都具有机械能。
（2）化学能：储存在食物中的能属于化学能；汽油、木材、天然气、沼气、煤炭等燃料都储存着能，这种能也属于化学能。
（3）电能：电力机车通电后才能行驶，家用电器通电后才能工作，各种发电站和电池能提供电能，电能是我们常用的一种能。
（4）电磁能：用遥控器遥控机器时发出电磁辐射，光也是一种电磁能；红外线、紫外线、微波和 X 射线等都是电磁能的表现形式。
做机械运动的物体 食材 牛吃草 电力机车 雷达天线 雷电
2. 运动与能的关系
物体的机械运动需要能，植物、动物、人进行生命活动也需要能。
运动的物体具有机械能，而静止的物体也具有能，如静止的煤炭本身具有化学能；以高铁车厢为参照物，乘客是静止的，但乘客具有机械能。
03 避坑指南·易错辨析
易错警示 1. 易错点1：参照物的选取不能选择研究对象本身（排己性），否则该物体永远是静止的，无法判断其运动情况。 2. 易错点2：运动和静止是相对的——同一物体相对于不同参照物，运动情况可能不同；运动是绝对的，静止是相对的。 3. 易错点3：速度单位换算：1 m/s = 3.6 km/h。把 m/s 换算成 km/h 要乘 3.6，把 km/h 换算成 m/s 要除以 3.6；计算前必须先统一单位。 4. 易错点4：平均速度不是速度的平均值。变速直线运动中用 v = s/t 求的是某段路程（或某段时间）内的平均速度，不能把各段速度简单平均。 5. 易错点5：速度公式 v = s/t 中的 s、t、v 必须对应同一个物体、同一段运动过程，且单位统一。 6. 易错点6：做机械运动的物体具有机械能；静止的物体同样具有能（如静止的煤炭具有化学能），“静止的物体不具有能”是错误的。
04 实战演练·随堂检测
【实战演练】
1. 机械运动是自然界最简单的一种运动形式。下列四个选项中不属于机械运动的是（ ）
A. 蜥蜴爬行
B. 鲜花怒放
C. 骏马奔腾
D. 树叶飘落
2. (台州期中)如果以地面为参照物，静止的物体是（ ）
A. 飞奔的猎豹
B. 放在桌面上的书
C. 慢慢爬行的蜗牛
D. 站在上升扶梯上的人
3. (2024·嘉兴期中)下列各种运动中，速度最大的是（ ）
A. 奔跑着的猎豹的速度可达
B. 在水中游动的旗鱼的速度可达
C. 飞行的褐海燕1分钟能前进
D. 百米赛跑某一著名运动员的成绩是
各选项运动速度数值 各选项运动速度数值
6. (2024·杭州西湖区期中)自然界中能的形式多种多样，下列物体所具有能的形式表述错误的是（ ）
A. 通电后空调才能工作，说明电具有机械能
B. 我们平时吃的米饭中蕴含着化学能
C. 雷达能接收、发射电磁能
D. 三峡大坝泄洪时的洪水具有机械能
05 巩固拓展·课后提升
【巩固拓展】
1. 右图为大型加油机和受油机组成的编队进行空中加油的情境。加油时，受油机以什么为参照物是运动的？以什么为参照物是静止的？这说明什么？
2. 有同学认为“静止的物体不具有能”，你是否赞同？请说明理由。
3. 在观看电影或电视时，我们经常看到影片中特技演员会“腾云驾雾”。实际上，特技演员不可能真的腾云驾雾。那么，这么逼真的镜头是怎样拍摄的呢？请运用所学知识加以解释。
4. 2023年9月30日，杭州第19届亚运会男子100米决赛中，中国运动员谢震业以9秒97的成绩夺得冠军。观众与终点裁判分别是如何比较运动员的快慢的？
5. 设计一个测量如下图所示的纸锥下落速度的实验，探究影响纸锥下落速度的因素。
参考答案
【实战演练】
第1题： B
解析：蜥蜴爬行、骏马奔腾、树叶飘落三种现象中，研究对象的位置均发生了变化，均属于机械运动；鲜花怒放是植物的一种生长现象，不属于机械运动，故B选项符合题意。
第2题： B
解析：放在桌面上的书，相对于地面的位置没有发生变化，故选B。
第3题： C
解析：分别比较各运动的速度大小：奔跑着的猎豹、水中游动的旗鱼、百米赛跑运动员的速度均较小，飞行的褐海燕速度最大（具体数值见题图），所以速度最大的是飞行的褐海燕。
第4题： A
解析：通电后空调才能工作，说明电具有电能，不是机械能。选项A表述错误。
【巩固拓展】
第1题：
答：以地面（或地面上的房屋等）为参照物，受油机是运动的；以加油机为参照物，受油机是静止的。这说明运动和静止是相对的，选取的参照物不同，对同一物体运动情况的描述不同。
第2题：
答：不赞同。静止的物体也具有能，如静止的煤炭本身具有化学能；以高铁车厢为参照物，乘客是静止的，但乘客具有机械能。
第3题：
答：拍摄时让演员在前景做动作，背景用模型或画面向后移动，以演员为参照物背景向后运动，或以背景为参照物演员向前运动，利用运动与静止的相对性营造“腾云驾雾”的效果。
第4题：
答：观众是在相同时间内比较路程，跑在前面的运动员通过的路程长，认为他跑得快；终点裁判是在相同路程（100米）内比较时间，用时短的运动员跑得快。
第5题：
答：用刻度尺测出纸锥下落的高度 s，用秒表测出下落时间 t，由 v = s/t 算出纸锥下落的平均速度；可改变纸锥的形状、纸张大小等因素，比较不同条件下下落速度的大小。

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