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第一章 運動的描述
1.2 時間 位移
新課導入
要討論物體位置隨時間的變化，就要涉及位置、時間等概念，如果要準確地描述一輛行駛在北京長安街上的汽車所處的位置，你認為應該采用什么方法？你對時間是怎樣認識的？
時刻和時間間隔
要描述物體位置隨時間的變化，首先要清楚“時間” 一詞的含義。說到時間，不能不說時刻和時間間隔。時刻和時間間隔既有聯系又有區別。
上午8時上課、8 時45分下課，這里的“ 8 時”“8 時45分”是指這節課開始和結束的時刻，而這兩個時刻之間的45 min，則是這兩個時刻之間的時間間隔。
時刻和時間間隔
1．時刻：鐘表指示的一個讀數對應著某一瞬間，也就是時刻。
時間的單位：時、分、秒，即h、min、s
2．時間間隔：是指兩個時刻之間的間隔。
時間的計算：末時刻減初時刻， △ t=t2-t1
第4秒初
第4秒末
(4秒內)
第4秒
(第4秒內)
前4秒
練一練
在時間數軸中找出第1秒末、第3秒初、第3秒末、第1秒、前2秒、第3秒
t/s
2
3
5
1
4
0
第1秒末
第3秒初
第3秒末
第1秒
前2秒
第3秒
時刻和時間的區別
注意：
①關于時間的測量，生活中一般用各種鐘表來計時，在實驗室里和運動場上常用停表計時。
②關鍵字詞的使用：如初、末、時一般表示時刻；如第、內、用、經過、歷時一般表示時間間隔。
意義 時間軸上表示 對應運動描述量 物理語言描述舉例
時刻 一瞬間 點 位置 第6s末
時間間隔 一段時間 線段 位移 前6s內
位置與位移
1、為了定量地描述物體的位置及位置的變化，需要在參考系上
建立適當的坐標系。
若想說明地面上某人所處的位置，
可采用平面直角坐標系來描述。
①二維坐標（直角坐標）：
經緯網
如果物體做直線運動，可以用一維坐標系來描述。
②一維坐標（直線坐標）：
小車運動到A點時，此時它的位置坐標：
小車運動到B點時，此時它的位置坐標：
物體做直線運動時，通常選取這條直線為x軸，在x軸上任選一點作為原點，規定好坐標軸的正方向和單位長度，物體的位置就可以用它的位置坐標來描述。
物體做直線運動時，通常選取這條直線為x軸，在x軸上任選一點作為原點，規定好坐標軸的正方向和單位長度，物體的位置就可以用它的位置坐標來描述。例如，我們要確定一輛行駛在北京長安街上汽車的位置，可以沿東西方向建立一維坐標系，x軸的正方向指東，選取路上的某交通崗亭作為坐標原點O，汽車的位置就可以用它的坐標準確地描述出來。如果汽車的坐標是30 m，表示它在崗亭以東30 m處；如果汽車的坐標是－20 m，表示它在崗亭以西20 m處。
物體位置的表示
如圖，某人從北京去重慶，可以選擇不同的交通方式。既可以乘火車，也可以乘飛機，還可以先乘火車到武漢，然后乘輪船沿長江而上。圖中的幾種情況表明，旅行者所經過的線路不同。我們在初中已經知道，路程是物體運動軌跡的長度，說明這個人旅行的路程也不同。但是，就位置的變動來說，無論使用什么交通工具、走過了怎樣不同的路徑，他總是從北京到達了西南方向、直線距離約1 300 km 的重慶，即位置的變化是相同的。
從圖中可以看出，由初位置指向末位置的有向線段能準確地描述旅行者位置的變化。只要物體的初、末位置確定，這個有向線段就是確定的，它不因路徑的不同而改變。物理學中用位移來描述物體位置的變化，并用l表示。
從初位置到末位置的有向線段表示位移
在物理學中，像位移這樣的物理量叫作矢量，它既有大小又有方向；像溫度、路程這樣的物理量叫作標量，它們只有大小，沒有方向。
2.位移
1.路程：物體運動軌跡的長度。
（2）物理意義：表示物體位置的變化
（3）大小： 線段的長度
（4）方向：初位置 → 末位置 符號：△ x ，單位：m
（1）定義：質點由初位置指向末位置的有向線段。
路程和位移的不同
路程 位移
物理意義 描述的是物體的實際運動軌跡 描述的是物體的位置變化
大小的確定方法 實際軌跡長度 由初位置指向末位置的有向線段的長度
大小的決定因素 與實際路徑有關 只與初末位置有關，與路徑無關
方向性 沒有方向，只有大小 有方向有大小
大小關系 只有當物體做單向直線運動時，位移的大小等于路程 直線運動的位移
前面學習了用一維坐標系描述物體的位置，那么，在一維坐標系中位移應該如何表示呢？
如圖，做直線運動的物體，它的初位置為x1，末位置為x2，則物體的位移應該是由x1指向x2的紅色有向線段，其大小等于末位置與初位置坐標之差x2 － x1。
位置坐標的變化量表示位移
由于常用Δx表示坐標之差，所以在研究直線運動時，常用Δx表示位移，記為
Δx ＝ x2 － x1
若兩坐標之差為正，則位移的方向指向x軸的正方向；
若兩坐標之差為負，則位移的方向指向x軸的負方向。
思考與討論
某物體從A點出發運動到達B點，坐標xA為5m，xB為2m，物體的位移大小等于多少？方向如何？
0
xB
xA
x/m
△x
解：
△x = xB - xA
= 2m - 5m
末位置坐標減初初位置坐標
= - 3m
負號表示位移方向與正方向相反。
位移—時間圖像
物體在每一時刻的位置或每一時間間隔的位移可以用圖象直觀地表示。
在直角坐標第中選時刻t為橫軸，選位置x為縱軸，其上的圖線就是位置-時間圖象，通過它能直觀地看了物體在任意時刻的位置。
如果將物體運動的初始位置選作位置坐標原點O，則位置與位移大小相等（x=Δx），位置-時間圖像就成為位移-時間圖像，以稱x-t圖像。從x-t圖像可以直觀地看出物體在不同時間內的位移。
x-t 圖像
物理意義：
描述物體位移隨時間的變化關系
1、圖線上任意一點的橫縱坐標表示物體在某一時刻及所處的位置。
2、圖線上起點的橫縱坐標表示物體開始運動的時刻及位置。
3、x-t圖像表示的是位移隨時間變化的情況不是運動的軌跡。
t/s
X/m
O
t1
t2
t3
t4
x1
x2
x3
x4
A
B
C
D
直線表示的是：物體做勻速直線運動
t/s
X/m
O
平行于t軸的直線表示的是：物體靜止
0
t / s
x / m
a
b
c
t1
X1
兩圖象的交點代表兩物體相遇
b.圖線水平代表物體靜止
a.圖線向上走代表物體向正方向運動
c.圖線向下走代表物體向負方向運動。
圖象的特點：
直觀、簡潔
注意：
圖象不是物體的軌跡，而是關系圖線
位移和時間的測量
生活中，人們可以用多種方法記錄某一時刻物體運動的位置，從而推斷出它在一段時間內的位移。例如，可以用照相的方法記錄物體的位置，用鐘表記錄物體運動的時刻，也可以用頻閃照相的方法同時記錄物體運動的時刻和位置。學校實驗室中常用打點計時器來記錄時間和位移。
電磁打點計時器（常用）
電火花計時器
電磁打點計時器是一種使用交變電源的計時儀器，工作電壓為4~6 V，能夠按照相同的時間間隔，在紙帶上連續打點。當電源頻率是50 Hz 時，每隔0.02 s 打一次點。如果把紙帶和運動的物體連在一起，紙帶上各點之間的距離就表示相應時間間隔中物體的位移大小。由這些點的位置，我們可以了解物體運動的情況。
電磁打點計時器
接4-6V交流電
電磁打點計時器 電火花計時器
電源性質 6V以下交流電源 220V交流電源
打點頻率 打點時間間隔0.02s，頻率50hz 打點時間間隔0.02s，頻率50hz
打點方式 振針通過復寫紙在紙帶上打點 電火花放電使墨粉在紙帶上成點
阻力來源 紙帶與限位孔、限位盤的摩擦；振針與紙帶打點接觸時的摩擦 紙帶與限位孔、限位盤的摩擦
電火花計時器比電磁打點計時器更精確 實驗
練習使用打點計時器
1. 了解打點計時器的構造，然后把它固定好。
2. 安裝紙帶。
3. 啟動電源，用手水平拉動紙帶，紙帶上就打出一行小點。隨后關閉電源。
4. 取下紙帶，從能夠看清的某個點開始（起始點），
往后數出若干個點。例如數出n個點，算出紙帶從起始點到第n個點的運動時間t。
5. 用刻度尺測量出從起始點到第n個點的位移x。
測量之前，自己先設計一個表格，用來記錄時間及位移。
使用電火花打點計時器
判斷物體的運動規律
通過研究紙帶，間接的反映物體運動情況：
1. 打出的點越密，則運動越慢；
2. 若打出的點間距相等，則物體做勻速直線運動。
常見的困難
現象 原因 調節的方法
打點不清晰 1、振針過高 2、電壓過低，振幅太小 3、復寫紙用得太久 1、把振針適當調低
2、調高電壓
3、換新的復寫紙
打的不是點,是短線 1、振針過低 2、所加電壓太高，使振幅過大 1、把振針適當調高一些
2、適當調低電壓
打雙點 振針松動 把振針固定好
科學漫步
全球導航衛星系統
全球導航衛星系統（GNSS）是目前廣泛應用的新一代導航定位系統，利用近地空間的衛星為各類用戶提供可靠和高精度的定位、導航和授時服務。
全球導航衛星系統一般分為空間部分、地面測控部分和用戶三大部分。空間部分即導航衛星系統，一般由數十顆衛星組成，每顆衛星可以發送導航衛星信號，編織成細密的網絡，使得地球上任意地點任意時刻都能觀測到4顆以上的導航衛星。地面測控部分則負責操控系統和向衛星注入導航電文等。用戶通過接收機能夠接收導航衛星發送的信號，并精準地進行定位、授時和測速。
全球導航衛星系統能夠在全球范圍內實時、全天候和全天時地提供服務，也就是說不受地域和天氣影響，全球任何時刻都能得到持續可靠的定位服務。因此，從身邊的車載導航、手機定位，到機場調度、海事救援和地質測繪等，都有廣泛的應用。感興趣的同學可以上網查一查全球導航衛星系統在有關方面的具體應用。
常用的全球導航衛星系統有美國的全球定位系統（GPS）、我國的北斗系統（COMPASS）、俄羅斯的格洛納斯系統（GLONASS）和歐盟的伽利略系統（GALILEO）。2012年我國的北斗系統開始為亞太地區提供定位、導航和授時服務，2020年該系統將實現在全球范圍內提供服務。
全球導航衛星系統
（示意圖）
當堂練習
關于時刻和時間，下列說法中正確的是（ ）
A. 時刻表示時間較短，時間表示時間較長
B．上午8點上課，8點是我們上課的時間
C. 作息時間表上的數字表示時刻
D．1 min內有60個時刻
C
（多選）關于位移和路程，下列說法中正確的是（ ）
A. 在某一段時間內質點運動的位移為零，該質點不一定是靜止的
B. 在某一段時間內質點運動的路程為零，該質點一定是靜止的
C. 在直線運動中，質點位移的大小一定等于其路程
D. 在曲線運動中，質點位移的大小一定小于其路程
ABD
完成課后相關練習

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