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第一章A质点位移和时间我们把物体空间位置随时间发生变化的现象叫做机械运动。在自然界和社会生活中，物体做机械运动的形式是各式各样、千变万化的。运动轨迹有直线的，也有曲线；运动有快慢不变的，也有时快时慢的；运动方向有单向的，也有往复的；有在平面上的，也有在空间的在本篇中，你不但要了解各种运动的特征及对它们的描述，而且还将知道运动为什么如此千变万化？使物体运动发生变化的原因是什么？导学在本章中，你将了解： 位移、速度、加速度等概念。 匀变速直线运动的规律。 匀变速直线运动规律在实际中的应用。 现代实验技术一一数字化信息系统（DlS）概括。在我们生活的大城市中,道路上车水马龙,交通十分繁忙。政府大力建设城市轨道交通、立体交通，大大缓解了交通矛盾，但交通安全事故却仍然频频发生。其实，交通安全与人对变速运动规律的认识密切相关。“追尾撞车”模拟实验高速公路上常会发生汽车“追尾撞车”事故，下面让我们做个模拟实验。在桌面的前方有一辆玩具汽车A,在它的后面约Im处放置另辆遥控玩具汽车B,操纵遥控器使B车先起动后制动.使它在离A车最近处停下，而不至于发生“追尾撞车”事故。图13“追尾撞车”模拟实验图14图1-4所示是上海外滩夜景照片，图中那缕缕白线和红线是照相机经较长时间曝光后，摄得的车辆运动时车灯留下的痕迹。实际上也是车辆和这段时间中运动的轨迹，红线表示离去的车辆，白线表示驶来的车辆。从这些线条中可以估计车辆的多少、车辆是否在做直线运动、车辆大致的运动方向及运动的快慢等。大家谈请你说说图1-4中蕴含了有关机械运动的哪些信息。大家知道，物体都有一定的大小和形状，一个运动物体各部分运动情况不尽相同。例如，人在前进时两腿交替运动，双臂前后摆动，非常复杂。但我们还是可以说这人从家里走到了学校，或者说在运动场里从起点跑到了终点。这时我们把人简化为一个点。怎样对运动物体进行简化处理？在研究物体运动之前，要先对实际物体作个简化处理。如果物体各点的运动情况相同，或者它的形状、大小与所研究的运动无关，就可以用一个有质量的点来代替物体。这个点叫质点。“质点”是将实际物体经过理想化处理后的种物理模型。在研究地球绕太阳公转时，地球的大小和自转可以忽略，可把地球看作质点。当研究地面上火车、汽车运动时，地球就不能看作质点。所以，物体能不能看作质点是有条件的。1 .质点(masspoint)在某些条件下，把整个物体看作一个有质量的点，这种用来代替物体的有质量的点叫做质点点击物理模型在物理学中通过突出事物的主要因素、忽略次要因素而建立起来的种理想化“模型”，叫物理模型。将它作为研究对象，以简化对原有事物的研究。这是经常采用的种研究方法，今后还将涉及其他物理模型。怎样描述物体的位置呢？为了描述物体的运动，必须知道物体开始在什么位置，后来到达什么位置。在初中我们已终知道，运动和静止都是相对的，都是相对于某一参照物而言的。这种做参照的物体也叫做参考系。在确定了参考系之后，为了定量地描述质点的位置和位置的变化,就要选取一个坐标系。最常用的直角坐标系就是选定一个点作为坐标原点，建立相互垂直的X轴与y轴，并选取适当的单位表示空间的尺度。有了坐标系就能确定质点的确切位置了。例如图15中，在水平面上选取直角坐标系，一个质点开始在A点(2,3),后来运动到A，点(5,4),质点的位置发生了移动。船舶在海洋中航行时，常用经度和纬度来定位，经度和纬度实际就是坐标系中的坐标。2 .坐标系(coordinatesystem)和位置(position)的描述为了定量地描述物体的位置及其变化，需要在参考系上建立个坐标系，常用的是平面直角坐标系。质点在坐标系中的坐标就表示它所在的位置。怎样描述物体的位置的变化？在汽车的里程表上记录了100km的路程，据此，如果问“车到了什么地方？”回答肯定是“不知道”，因为行车的方向不明确。因此，用“路程”难以表示物体位置的变化。我们出去旅行可以选择不同的交通工具。如图1-6所示，从甲地到乙地可以乘坐：汽车，火车，轮船,飞机等，它们行进的路径，也就是轨迹是不同的。但物体位置的变化是相同的，都是从甲地到达了乙地。物理学中用一个叫位移的物理量来表示物体位置的变化。位移的大小就是起点至终点的直线距离。物体从甲地到乙地与从乙地到甲地移动的方向是不同的。所以，位移是有方向的量，它的方向从起点指向终点。通常用一条带箭头的线段来表示位移，甲地到乙地的位移如图1-6中的红线所示。我们把物体实际移动轨迹的长度叫做路程。使用交通工具时，一般路程都大于位移，从图1-6中可以看出飞机的航线所经路程的大小比较接近位移的大小。在直线运动中怎样表示质点的位置和位移呢？这时，我们只要取一条与质点运动方向重合的直线为坐标轴，用S轴表示，并设置坐标原点和标度值，如图1-7所示。ASACIIFA5ABIS上:rI一/3t-3-2-101IIISlBIS223456am图1-7如果质点开始时在A点，其位置在Sl处。后来到达B点，其位置在S2处。则质点的位移可以用终点的坐标值减去起点为坐标值表示，则ASAB=S2-si=(5-2)m=3mo如果质点从A点运动到C点，其位置在S3处，则质点的位移是5ac=S3-si=(-3-2)m=-5m。选定了坐标轴之后，位移便有了正、负，与坐标轴方向一致的位移为正，与坐标轴方向相反的位移为负。3 .位移(displacement)和路程(path)质点运动所经历的轨迹长度叫做路程。质点的位置变化叫做位移，通常用S表示。位移的大小等于起点至终点的直线距离，位移的方向从起点指向终点。自主活动图1-7中质点从A点出发先到B点再到C点,全过程的位移和路程各是多少？物理学中把像位移这样既有大小又有方向的物理量叫做矢量。而把像温度、质量和路程那样只有大小、没有方向的物理量，叫做标量。4 .标量和矢量物理学中把只有大小没有方向的物理量叫做标量，既有大小又有方向的物理量叫做矢量。标量在运算时遵循算术运算法则，例如3kg的水加2kg的水等于5kg的水。在同一直线上的矢量运算则不同，要用代数法则。如质点向东的位移3m加向西的位移2m,如取向东为正方向，则向西为负方向，质点位移为3+(2)m=Imo这样，我们就把一直线上的矢量运算简化为代数运算。今后我们还将学习不在一直线上的矢量的几何运算方法，总之，矢量与标量有不同的运算法则。在研究运动时还要区分时间与时刻。时钟、手表上指针指示的某一位置表示时刻，前后两时刻之差为时间。时间、时刻通常都用/表示，有时时间还用加表示。如果说：“现在是2时10分”，或者说：“干了2时10分的活”，两者有什么不同吗？前者说的是时刻，后者说的是时间。如果前一时刻用力表示，后一时刻用及表示，那么时间自主活动图1-8所示是一条时间轴线，0是开始计时的时刻，试说明下列哪些属于“时刻”，哪些属于“时间”？你能分别将它们标在图上吗？3s末；第3s；前3s；第3s末；从第3s起的3s内；第3s初。01234567t/s图1-8STS全球定位系统(GPS)驾车旅行或驶船远航时，常需要知道自己处在什么位置。过去只能依靠地图、罗盘或观察星座来定位。这种方法不仅复杂而且不够准确。现在，人们通过全球定位系统(GPS)来定位，如图1-9所示。GPS的核心部分由24颗导航通信卫星组成，它们运行在6条轨道上。卫星不停地向地面发射信号，经处理后，就能在接收器上显示出目标所在地的坐标(经度、纬度和海拔高度等)。GPS具有全天候、连续、实时、高精度的特点。只要我们有一部GPS接收机，就可获得自己所在位置的准确信息。图I-IO所示的是车用GPS接收器，可显示汽车行车的环境和其他的信息。由中国参与开发的欧洲“伽利略”卫星导航系统于2008年正式启用，它确定物体位置的误差范围在Im之内，还安装有高精度的原子钟，有很多超越GPS的独到之处。图19图1-10