问题导入

雄鹰拍打着翅膀在空中翱翔（图1-1-1），足球在绿茵场上滚动……在这些现象中，雄鹰和足球都在做机械运动。你能准确描述雄鹰和足球上各点的位置及其随时间的变化吗？

图1-1-1　雄鹰在空中翱翔

科学方法

理想化模型

人们在进行科学研究的时候，往往需要抓住事物的主要特征，忽略次要特征，把客观事物高度抽象，使它达到绝对理想状态。抽象出的理想状态，称为理想化模型。

质点概念就是一种科学抽象，是一种理想化模型。理想化是物理学研究中常用的一种方法。除了力学中的“质点”外，数学中没有大小的“点”、没有粗细的“线”、没有厚度的“面”都是理想化模型。理想化模型不是虚无缥缈的主观臆造，而是以现实的客观存在为原型进行抽象思维的结果，是对客观事物主要特征的反映。

理想化模型可以使问题的处理大为简化，可以避免出现较大的误差，也有利于发挥逻辑思维，形成科学的见解。

1.质点

前面提到的雄鹰和足球等物体都有大小和形状，研究物体的运动时，很多时候可以不用考虑其大小和形状，而把物体看作具有该物体全部质量的一个点。如图1-1-2所示，研究足球相对于球门的运动时，足球的大小和形状对问题的研究与结论没什么影响。在这种情况下，可以把物体看成一个有质量的点。用来代替物体的有质量的点，叫作质点。用质点代替物体，可以使研究的问题简单化。

什么情况下可以把物体看作质点？这应根据研究问题的具体情况而定。例如，火车从济南开往烟台，研究火车整个路途中的运动时，可以将其当作质点；但研究路途中火车通过某座桥梁时的运动（图1-1-3），则需要考虑火车的长度，不能把它看成质点。在本书中，如无特殊说明，均把物体视为质点。

图1-1-2　足球运动员在射门

图1-1-3　火车通过桥梁

想想议议

乒乓球运动员在研究乒乓球时的旋转打法时（图1-1-4），足球运动员在研究香蕉球的踢法时，机床操作工在研究机件的旋转切削时，能否将乒乓球、足球、机件看成质点？

图1-1-4　弧旋球

2.参考系

自然界的一切物体都处于永恒的运动中，绝对静止的物体是不存在的。因此，我们说运动是绝对的。但是，描述某一物体位置的变化时总是相对于其他物体而言的。这便是运动的相对性。

通过初中物理学习我们知道，一个物体相对于另一个假定不动的物体的位置变化称为机械运动（简称运动），这个假定为不动的物体叫参考系。

描述一个物体的运动情况，参考系可以任意选取，但选取不同的参考系来观察同一个物体的运动，其结果会有所不同。研究物体的运动，首先应明确选取什么物体作为参考系，研究地面上物体的运动时，如不特别指明，一般是以地球为参考系的。

动手做

观察生活中一个物体的运动，选择不同的参考系来描述看到的现象。

3.时刻和时间

时间和时刻是描述物体运动时经常用到而又容易混淆的两个概念。这两者有什么区别和联系呢？

例如，我们常说上午第一节课在8时上课，8时45分下课，这里的“8时”和“8时45分”是这节课开始和结束的两个时刻。而这两个时刻之间的间隔45分钟，则是这两个时刻之间的时间。时刻通常对应运动物体所在的位置（如高铁发车或到站的地点），时间则通常对应物体通过的位移或路程。(www.daowen.com)

如果用时间轴来表示时刻和时间，则时刻应该用点来表示，时间则用线段来表示。如图1-1-5所示的时间轴上标出了第一节课上课和下课的时刻及这节课所用的时间。

图1-1-5　时间轴

在国际单位制中，时间的单位是s（秒）。

4.路程和位移

运动物体的位置不断地随时间变化，为了准确地描述物体位置的变化，需要引入一个怎样的物理量呢？

假如你从大连出发到上海旅游，可以乘坐不同的交通工具，既可以乘火车，也可以乘飞机，还可以坐轮船。使用不同的交通工具，路线不同，运动的轨迹也就不一样。但是，就位置的变动来说，都是由大连到达正南方向直线距离约826km的上海。

在物理学中，用位移这个物理量表示物体位置的变化。从物体的初位置A指向末位置B的有向线段，叫作位移。位移既有大小，又有方向。位移的大小等于从初位置到末位置有向线段的长度，位移的方向由初位置指向末位置。

路程是质点运动轨迹的长度，只有大小没有方向。在图1-1-6中，如果走ACB这条路，路程就是曲线ACB的长度；如果走ADB这条路，路程就是曲线ADB的长度；如果走AB这条直路，路程就是直线AB的长度。物体沿直线并向一个方向运动时路程与位移的大小相同。

图1-1-6　路线图

既有大小，又有方向的量叫矢量。位移是矢量。只有大小，没有方向的量叫标量。路程是标量。

友情提示

结合地图理解路程和位移的区别与联系。

STS

风洞

在没有风的情况下，坐在运动的飞机里的乘客，以机舱作为参考系，认为飞机是静止的，舱外的空气是运动的。站在地面上的观察者，以地面作为参考系，因为没有风，他认为飞机是运动的，而舱外的空气是静止的。利用运动和静止的这种相对性，人们设计了所谓的风洞（图1-1-7、图1-1-8），在地面上研究空气对飞机的作用。风洞是在实验室里设置一个很大的管子，用强大的风扇在风洞里形成一股高速气流，研究这股空气流对悬挂在风洞里不动的飞机（或有关模型）的作用。通过这样的模拟实验，就可以测出飞机在空气中飞行的有关数据。目前风洞不但为研究飞机和飞行器服务，还广泛用于改进流线型汽车、火车和船舶的设计。

图1-1-7　风洞实验台仪

图1-1-8　风洞实验段

习　题

1.路边的人看着汽车远去，而行驶的汽车中，小明睡着了。这都是以什么为参照物？

2.小红一家从济南自驾去北京旅游，下列哪种情况下轿车可以看成质点？（　）

A.研究车轮绕车轴转动　B.在公路上行驶时

3.田径场跑道的周长是400m，100m径赛的场地在跑道的直道部分。一位运动员分别跑100m、800m、1000m时，运动的位移和路程各是多少？

4.分辨下列说法是指时间还是指时刻。

（1）第3s末　（2）第3s初　（3）第3s内　（4）3s内