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第一章 運動的描述
一、基本概念：運動的基礎認知
1. 機械運動
定義：物體的空間位置隨時間的變化
範疇：最基本、最簡單的運動形式
2. 參考系
定義：描述物體運動時，選作"標準"的假定不動的物體
選取原則：任意性、方便性（通常選地面或相對地面靜止的物體）
核心結論：物體的運動狀態具有相對性（與參考系選取有關）
3. 質點
定義：忽略物體形狀和大小，用有質量的點代替物體的理想化模型
視為質點的條件：
- 物體的形狀、大小對研究問題的影響可忽略（如研究地球繞太陽公轉）
- 物體各部分運動情況相同，可簡化為質點（如勻速直線運動的木塊）
意義：抓住主要矛盾，簡化物理問題研究
二、描述工具：運動的量化方法
1. 坐標系
作用：精確描述物體的位置及位置變化
常見類型：
- 直線坐標系（研究直線運動，建立x軸）
- 平面直角坐標系（研究平面運動，建立x-y軸）
- 三維坐標系（研究空間運動，建立x-y-z軸）
建立要素：原點、正方向、單位長度
三、核心物理量：運動的具體表徵
1. 時間與時刻
時刻：某一瞬時（對應時間軸上的點，如"3s末""第5s初"）
時間間隔：兩個時刻的間隔（對應時間軸上的線段，如"前3s""第2s內"）
單位：秒（s），常用單位：分鐘（min）、小時（h）
測量工具：秒錶、打點計時器等
2. 位移與路程
| 對比維度 | 位移（向量） | 路程（純量） |
|---|---|---|
| 定義 | 從初位置到末位置的有向線段 | 物體運動軌跡的長度 |
| 方向 | 由初位置指向末位置 | 無方向 |
| 大小 | 初末位置間的直線距離 | 軌跡的實際長度 |
| 關係 | 只有單向直線運動中，位移大小=路程；其他情況位移大小<路程 | |
3. 速度（描述運動快慢和方向）
定義：位移與發生這段位移所用時間的比值（向量）
公式：v = Δx/Δt（Δx為位移，Δt為時間間隔）
單位：米每秒（m/s），常用單位：千米每小時（km/h）
分類：
- 平均速度：某段時間內的速度，對應過程（與位移相關）
- 瞬時速度：某一時刻的速度，對應狀態（與位置/時刻相關）
速率：瞬時速度的大小（純量）
平均速率：路程與時間的比值，≠平均速度的大小
4. 加速度（描述速度變化的快慢）
定義：速度的變化量與發生這個變化所用時間的比值（向量）
公式：a = Δv/Δt = (vt - v0)/Δt（vt末速度，v0初速度）
單位：米每二次方秒（m/s²）
方向：與速度變化量Δv的方向相同
與速度的關係：
- 加速度與速度無必然聯繫（速度大≠加速度大，速度為0≠加速度為0）
- 加速運動：a與v方向相同；減速運動：a與v方向相反
四、實驗：運動的實際測量
1. 用打點計時器測速度
實驗儀器：電磁打點計時器（4-6V交流電源）、電火花計時器（220V交流電源）
工作原理：每隔0.02s打一個點，記錄物體運動的時間和位置
實驗步驟：
- 固定計時器，連接電源
- 穿紙帶，拉動紙帶運動，獲得點跡紙帶
- 選取紙帶點跡，測量距離，計算速度
數據處理：
- 平均速度：用某段位移內的點跡間距除以時間（0.02s×n，n為間隔點數）
- 瞬時速度：用某點兩側相鄰點的平均速度近似代替該點瞬時速度
注意事項：先通電，後拉動紙帶；紙帶要平直，減小摩擦