粤教版 (2019)必修 第一册第二节 位置 位移课文内容课件ppt
展开我国西部的塔克拉玛干沙漠 (如图所示),远眺不见边际,抬头不见飞鸟,沙漠中布满了一两百米高的沙丘,像大海的巨浪。塔克拉玛干沙漠又被称为“死亡之海”。 如果一支探险队要进入该沙漠探险,那么他们需要弄清楚三个重要的问题:身处何方?要去哪里?最佳路线是什么?而这三个问题涉及描述物体运动的三个物理量:位置、位移和路程。
在生活、生产和技术应用中,人们经常要关心或考虑物体的位置及位置的变化,如行驶的汽车、航行的船只、移动的台风、飞行的火箭等。位置是指运动质点某一时刻在空间所处的地方。 为了表示运动质点的位置,首先应该选取一个参考系,然后在参考系上建立坐标系。质点的位置,可由质点在坐标系中的坐标来确定。
物体做直线运动时,其位置可用直线坐标系的坐标x表示。当x>0 时,表示质点的位置在原点的右边;当x<0时,表示质点的位置在原点的左边。如图所示,一个物体从点 A 运动到点 B,点 A 的位置可以用坐标 xA=2 m 表示,点B的位置可以用坐标xB = 4 m表示。同理,物体在某一平面上运动时,其位置可用平面直角坐标系的坐标来表示。
质点在运动过程中,它的位置随时间不断地变化,那么怎样表示质点位置的变化呢?如果我们计划从广州白云国际机场到佛山祖庙,我们可以用手机导航软件选择出行路线。打开导航软件,输入出发地点“广州白云国际机场”和目的地“祖庙”后,软件界面上会显示出多条不同的路线(如图所示)。
我们知道,路程是物体运动轨迹的长度,在上例中,我们所选择的出行路线不同,经过的路程也就不同。为此,我们需要引入一个新的物理量描述物体位置的变化。
一般而言,当物体从起始位置 A 运动到末位置 B 时,尽管可以沿不同的轨迹、经历不同的路程,但位置变动的大小和方向是确定的,在物理学中就用位移来表示质点的位置变化。位移用从物体运动的起始位置指向末位置的有向线段来表示。如图所示,质点从点 A 运动到点 B 的位移可以用从起始位置 A 指向末位置 B 的有向线段 AB 来表示,其大小就是有向线段 AB 的长度,其方向是有向线段 AB 的方向。
物体的位移既有大小又有方向。一旦确定物体的起始位置和末位置,物体的位移就确定了。质点的位移与运动路径无关,只与始、末位置有关。位移与路程不同,路程是质点运动轨迹的长度(如图中从 A 到 B 的曲线1和曲线2),只有大小没有方向。
位移和路程在国际单位制中的单位都是米,符号为 m。常用的单位还有千米 (km)、厘米 (cm)、毫米(mm)等。
位移与路程有什么区别?在什么情况下两者的量值相等?在什么情况下两者的量值不相等?
当质点做直线运动时,可以把位置看成是一种特殊的位移,即物体相对于坐标原点的位移,它的起点在坐标原点,终点在该时刻物体所在的位置。
我们可以用多种方法来描述一个物理量随另一个物理量变化的情况,如在上述问题中,我们用列表的方法描述小车 P 的位置随时间变化的情况;我们也可以以时间 t 为横坐标,以位移s为纵坐标,通过在坐标纸上描点作图的方法来描述小车 P 的位移随时间变化的情况。我们把这种描述方法称为图像法,以此得到的图像称为位移—时间图像或 s-t 图像。从图中可以形象地看出,纵坐标 s 是小车 P 相对于坐标原点在时间 t 内的位移。
用图像能形象直观地描述物理现象及其规律,它是物理学中研究问题的一种常用方法。
总结:图像法:用图像描述一个物理量随另一个物理量变化的情况的方法。
位移—时间图像(s-t图像):用图像描述位移随时间变化的图像。图线上任意一点的横纵坐标表示物体在某一时刻及所处的位置。
注意:图像不是物体的运动轨迹,而是位移与时间的关系图线。
在物理学中,像位移这样的物理量叫作矢量,它既有大小又有方向;而像温度、质量、体积、长度、时间、路程这些只有大小没有方向的物理量,叫作标量。矢量和标量的算法遵从不同法则。
例题:一支150 m 长的抢险救灾队伍匀速前进,队长从队尾放出无人机到前方 1000 m处侦察受灾路况,拍照后立即返回,当无人机返回队长处时,队伍已前进了 200 m. 则在全过程中,无人机位移的大小和路程分别是多少?
分析:画出无人机的运动轨迹图,确定无人机的始、末位置,以及它由初始位置到末位置的运动轨迹的长度,即可求出无人机的位移和路程。
解:无人机的运动轨迹,如图所示。由图可知,无人机位移的大小为 200 m,路程为 (1000×2-200)m =1800 m.
一个物体的位移—时间图像是一条与时间轴平行的直线,请表述该物体的运动情况。
位移—时间图像是平行于t轴的直线表示的是:物体静止
两图像的交点表示两物体相遇。
b图线水平表示物体静止。
a图线向上走表示物体向正方向运动。
c图线向下走表示物体向负方向运动。
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