物理學(xué)之運(yùn)動的基本概念有哪些(物理學(xué)中運(yùn)動的概念)

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.概念基礎(chǔ)

1.物理模型的概念

物理模型：實(shí)際的物理現(xiàn)象通常非常復(fù)雜。為了簡化分析過程，我們必須抓住主要因素（那些與問題相關(guān)的特征）而忽略次要因素（那些對問題影響不大的特征）。所做的描述稱為物理模型。根據(jù)模型分析得出的結(jié)論，與實(shí)際情況相比，誤差在可接受的范圍內(nèi)。因此，可以用模型來代替實(shí)際事物，從而大大簡化分析問題的復(fù)雜度。

模型是對實(shí)際問題的抽象，是研究問題的方法。例如，“粒子”的概念是用于描述（替換）實(shí)際“物體”的模型。粒子分析得出的結(jié)論可以應(yīng)用于真實(shí)物體。

2、機(jī)械運(yùn)動

機(jī)械運(yùn)動：指一個物體相對于另一個物體的空間位置的變化。

力學(xué)：研究物體機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的物理學(xué)分支稱為力學(xué)；它包括三個部分：（1）運(yùn)動學(xué)，只研究運(yùn)動規(guī)律；(2)靜力學(xué)，僅研究受力條件；(3)研究動力學(xué)的受力條件與運(yùn)動規(guī)律之間的關(guān)系。

1.幾個基本概念（粒子、參考系、坐標(biāo)系）

1、質(zhì)點(diǎn)的定義：用來代替物體的、具有質(zhì)量的點(diǎn)。

粒子的性質(zhì)：它具有物體的全部質(zhì)量；它占據(jù)一個位置，但不占據(jù)空間；它是對實(shí)際物體的近似，它在現(xiàn)實(shí)中并不存在，它只是一個理想化的物理模型。

2.實(shí)際物體可以被視為粒子的條件：當(dāng)物體的尺寸和形狀相對于要研究的問題可以忽略不計時。在高中物理中，除非另有說明，物體都可以被視為粒子。

3、參考系的定義：在描述一個物體的運(yùn)動時，選擇作為標(biāo)準(zhǔn)的另一個物體稱為參考系（即被認(rèn)為是靜止的物體）。

4.運(yùn)動的相對性：物體是否運(yùn)動以及如何運(yùn)動取決于其位置相對于所選參考系是否發(fā)生變化以及如何變化。如果選擇不同的參考系，同一物體的運(yùn)動可能會不同。默認(rèn)情況下，除非另有說明，否則選擇地面或相對于地面靜止的物體作為參考系。

5.坐標(biāo)系

確定參考系后，為了定量描述物體的位置和位置變化，必須建立坐標(biāo)系。

當(dāng)運(yùn)動軌跡為直線時，可建立直線坐標(biāo)系。具體方法是：以軌跡所在直線為x軸，并在直線上指定原點(diǎn)、正方向和單位長度。這樣，該位置就變成了坐標(biāo)軸上的一個點(diǎn)，每個位置都可以被賦予一個坐標(biāo)值。換句話說，實(shí)現(xiàn)了位置的定量描述。

6、方向和坐標(biāo)值的正負(fù)號

對于物體的位置，其坐標(biāo)是包含正負(fù)號的值（例如，X1=-2.5m，X2=2.5m）。正負(fù)號并不表示坐標(biāo)值的大小，而是表示該位置位于原點(diǎn)的哪一側(cè)。正號表示物體在靠近正方向的一側(cè)（X2=2.5m），負(fù)號表示物體在遠(yuǎn)離正方向的一側(cè)（X1=-2.5m）。

2.描述空間和時間的概念（矢量和標(biāo)量、時間、位移）

1.向量和標(biāo)量

矢量是具有大小和方向的物理量，例如力、位移、速度、速度變量、加速度等。

標(biāo)量是只有大小而沒有方向的物理量，例如時間、長度、質(zhì)量等。這里所說的方向是空間意義上的方向。由于向量是有方向的，因此無法直接比較向量的大小。

2.時刻和時間

物理學(xué)中的時間指的是時間間隔；time對應(yīng)于時間線上的一條線段，moment對應(yīng)于時間線上的一個點(diǎn)。時間對應(yīng)的物理量是過程量，時間對應(yīng)的物理量是狀態(tài)量。

假設(shè)起始時間為t1，結(jié)束時間為t2。要計算時間間隔，應(yīng)從后來的時間中減去原始時間。公式表示如下：

t=t2t1

當(dāng)時間間隔t變得足夠小時，可以認(rèn)為初始時間t1和結(jié)束時間t2是相同的時間。

3、位置與位移

位移是用來描述物體位置變化的物理量。它是一個向量。位移可以用從初始位置到結(jié)束位置的有向線段來表示。有向線段的長度表示位移的大小和有向線段的方向。指示位移方向。

路徑是一個標(biāo)量，即物體軌跡的長度。只有當(dāng)物體沿一個方向做直線運(yùn)動時，物體的位移才等于所行進(jìn)的距離。

對于線性運(yùn)動，位移的計算被簡化為代數(shù)運(yùn)算。假設(shè)對象在“初始時間t1”處于“初始位置x1”并且在“最終時間t2”處于“最終位置x2”。位移等于最終位置的坐標(biāo)減去初始位置的坐標(biāo)，其中坐標(biāo)必須有正負(fù)號。也就是說，利用代數(shù)運(yùn)算規(guī)則，公式如下：

x=x2x1

例如，t1時刻對應(yīng)的初始位置x1=-2.5m，t2時刻對應(yīng)的最終位置x2=2.5m，則時間間隔（t=t2-t1）內(nèi)的位移為x=x2-x1=2.5m-(-2.5m)=5m，符號為正，表示位移方向與指定的正方向相同。

4.位移時間圖像

采用平面坐標(biāo)系，橫軸表示時間t，縱軸表示空間x；

以每個時間t0為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的物體位置x0為縱坐標(biāo)，在平面坐標(biāo)系上畫點(diǎn)，然后用平滑的曲線將點(diǎn)連接起來，得到曲線（或圖像）；

單獨(dú)看某一點(diǎn)，它的橫坐標(biāo)代表時間t，縱坐標(biāo)代表空間位置x；看某一幅圖像，橫坐標(biāo)對應(yīng)的變化量代表時間間隔t，其對應(yīng)的縱坐標(biāo)變化量代表位移x，正負(fù)號反映位移的方向；

基于上述情況，得到的圖像稱為位移時間圖像（x-t圖像），簡稱位移圖像。

位移圖像反映了物體的位移隨時間的變化。從圖像中可以直接讀取運(yùn)動物體在某一時刻的位置；還可以得到物體在一定時間間隔內(nèi)的位移；兩個圖像的交集代表兩個對象。那一刻相遇（即處于同一空間位置）。

位移圖像只能用于直線軌跡的運(yùn)動，位移圖像本身并不是物體的運(yùn)動軌跡。

利用位移圖像獲取物體在一定時間間隔內(nèi)的位移，即可計算出物體的平均速度。

3.描述粒子運(yùn)動速度的物理量

1.速度

(1)速度的定義：速度v等于物體的位移x與該位移發(fā)生所需時間t的比值。其表達(dá)式為：

v=x/t

(2)速度的物理意義：用來描述物體位置變化快慢的物理量。

(3)速度是矢量，其大小在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)位移的大小，單位為m/s，其方向與位移方向相同。對于大小相等但方向不一致的情況，兩個速度是不同的速度。

(4)若x=-5m，t=2s，則v=-2.5m/s，其中速度大小為2.5m/s，且速度方向與指定的正方向相反。指定的正方向是指建立的直線坐標(biāo)是由時間確定的x軸的正方向。

2.平均速度和瞬時速度

(1)平均速度：運(yùn)動物體的位移與時間的比值，方向與位移方向相同。當(dāng)提及平均速度時，應(yīng)注明相應(yīng)的時間間隔或相應(yīng)的位移。平均速度是行駛距離與時間的比值。

(2)瞬時速度：運(yùn)動物體在某一時刻或某一位置的速度。瞬時速度簡稱為速度。除非另有說明，當(dāng)提到“速度”時，均指瞬時速度。瞬時速率等于瞬時速度的大小，簡稱速率。

3.速度測量

原則：當(dāng)時間間隔t足夠小時，初始時刻t1和最終時刻t2可以認(rèn)為是同一時刻，物體的平均速度（近似）等于該時刻的瞬時速度v，即，v=.但如果時間間隔太小，兩點(diǎn)之間的距離就會太小，測量誤差就會增大。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇兩個測量點(diǎn)。

儀器和紙帶處理：打點(diǎn)定時器，如果使用50Hz交流電源，打點(diǎn)時間間隔為t=0.02s。為了方便問題的處理，也可以對紙帶進(jìn)行處理，每五個點(diǎn)選取一個計數(shù)點(diǎn)，使得每個計數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔為T=0.1s。

4.速度-時間圖像

采用平面坐標(biāo)系，橫軸表示時間t，縱軸表示速度v；

以每個時刻t為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的（瞬時）速度v為縱坐標(biāo)，在平面坐標(biāo)系上畫點(diǎn)，然后用平滑的曲線將點(diǎn)連接起來，得到曲線（或圖像）；

單看某一點(diǎn)，它的橫坐標(biāo)代表時間t，縱坐標(biāo)代表速度v；看某幅圖像，橫坐標(biāo)對應(yīng)的變化表示時間間隔t，其對應(yīng)的縱坐標(biāo)表示時間間隔t。變化代表速度變化v，正負(fù)號反映了速度的方向；

基于上述情況，得到的圖像稱為速度-時間圖像（v-t圖像），簡稱速度圖像。

速度圖像反映了物體瞬時速度隨時間的變化。從圖像中可以直接讀取運(yùn)動物體在某一時刻的速度；還可以獲得物體在一定時間間隔內(nèi)的速度變化；兩幅圖像的交點(diǎn)代表這兩個物體在該時刻具有相同的速度（不一定處于同一空間位置）；當(dāng)速度圖像與時間軸相交時，表示物體運(yùn)動的方向發(fā)生了變化（即速度的正負(fù)號發(fā)生了變化）。

速度圖像只能用于軌跡為直線的運(yùn)動，速度圖像本身并不是物體的運(yùn)動軌跡。

利用速度圖像獲取物體在一定時間間隔內(nèi)的速度變化，即可計算出物體的平均加速度。

4.描述速度變化快慢的物理量

1、變速

速度變化量是描述速度變化程度的物理量。其單位與速度單位相同，均為m/s。

v=v2v1=vtv0

v是一個向量，v1對應(yīng)時間t1，表示時間上的前一個速度，v2對應(yīng)時間t2，表示時間上的后一個速度；v0和vt的含義類似，v0對應(yīng)時間0，表示時間上之前的速度。vt對應(yīng)時間t，表示時間上落后的速度。

速度v1、v2、v都是向量，因此計算時采用代數(shù)運(yùn)算規(guī)則，并且必須注意符號。

例如，v1=-2m/s，v2=3m/s，則v=v2v1=3m/s(-2m/s)=5m/s。

將這個公式稍微變形一下，我們可以得到v2=v1+v，即最終速度v2等于初始速度v1加上速度變化v得到的值。

2.加速

定義：加速度是速度變化與發(fā)生這種變化所需時間的比率。它也稱為速度變化率。用公式表示：

a=v/t

式中，時刻0對應(yīng)的速度為v0，時刻t對應(yīng)的速度為vt，時間間隔為t，速度變化量為v。

加速度是一個矢量，其大小在數(shù)值上等于單位時間內(nèi)速度的變化，其方向與v的方向相同。

物理意義：加速度是用來描述物體速度變化快慢的物理量。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，速度v、速度變化v和加速度a之間沒有必然聯(lián)系。

通過速度圖像可以得到時間間隔t和速度變化v，進(jìn)而計算出加速度a。必須注意的是，時間間隔的初始時刻對應(yīng)于初始速度v0，最后時刻對應(yīng)于最終速度vt。

以初速度方向?yàn)橹付ㄕ较?；如果v1=2m/s，v2=-3m/s，t=2s，則v=v2v1=-5m/s，則a=-2.5m/s2。其中，加速度大小為2.5m/s2，加速度方向與指定的正方向相反。也就是說，1秒內(nèi)，速度降低了2.5m/s。

3、加減速運(yùn)動的判斷

當(dāng)加速度a與初速度v0同向時，速度變化v=at與初速度v0同向，物體沿直線加速。例如v0=-3m/s，a=-2m/s2，方向相同，物體加速。

當(dāng)加速度a與初速度v0的方向相反時，速度變化v=at的方向與初速度v0的方向相反，物體沿直線減速。例如v0=6m/s，a=-2m/s2，方向相反，物體減速。

判斷加速度a和初速度v0是否同向，只需看兩者的正負(fù)號是否相同即可。