第一章   直线运动

我们生活的世界，小到单个分子、原子，大到整个宇宙，都处在永不停息的运动中（图1-1）。

（树枝在摇摆，鸟儿在飞翔，汽车在奔驰，机器在运转，河水在流动，人们在做着各种各样的活动……）

图1-1    运动的世界

自然界中的运动形式是多种多样的，其中，最常见的是物体相对于其他物体位置的变化，这种运动叫做机械运动，简称运动。机械运动是最基本的运动形式。本章就从最简单、最基本的直线运动入手，学会怎样描述运动，然后逐步深 入研究其他复杂的运动。

一、    位置变动的描述  位移

 1   参考系

在研究运动的时候，为了使问题简化，常常先假定某个物体是不动的，然后，再看被研究的物体相对于这个被假定为不动的物体的位置怎样变化。例如，研究在公路上奔驰的汽车的运动时，往往事先假定大地是不动的，这时就可以说汽车是运动的，公路旁的树木、房屋是静止的。在描述一个物体的运动时，被假定为不动的物体，叫做参考系。

描述一个物体的运动情况时，参考系是可以任意选择的，但选择不同的参考系，对运动的描述不同（图1-2）。所以，要描述运动，首先必须明确以什么物体作为参考系。

（图解：坐在行驶中的火车车厢里的乘客，以火车为参考系是静止的；以大地为参考系，这个乘客又是同火车一起运动着的。

                       甲                            乙

                   图1-2  选择不同的参考系对运动的描述不同

选择参考系时，要考虑如何使研究问题更方便。例如，研究在行驶的火车车厢里乘务员的运动时，可以以地球做参考系，也可以以火车车厢做参考系，很显然，用火车车厢做参考系更方便；研究太阳系中行星的运动时，则选择太阳为参考系比较方便。研究地面上物体的运动时，如果不特别指明，一般都是以地球为参考系。

 2    质点   

研究物体的运动，首先要确定物体的位置。物体都有一定的大小和形状，物体的不同部分在空间的位置并不相同，当物体运动时，各部分的位置变化一般来说也是不相同的。例如，汽车转弯时外侧一点划过的弧就比内侧一点划过的弧要长一些，要详细描述物体各部分位置的变化并不容易。但是，在很多情况下，我们可以不考虑物体的大小和形状，而把物体看作是一个具有该物体全部质量的点。例如我们在研究一架飞机从北京飞到广州的运动时，飞机的大小和形状对研究问题的结论并没有什么影响。在这种情况下，我们把它看作是一个有质量的点，可以使原来复杂的问题得到大大简化。用来代替物体的有质量的点叫做质点。

在什么情况下可以把物体当作质点呢？这要看具体情况而定（图1-3）。

（图解：研究地球的公转时，由于地球的直径比地球与太阳之间的距离要小得多，可以忽略地球的大小和形状，把它当作质点。研究地球自转时，就不能忽略地球的大小和形状，不能把它当作质点。）

（图解：火车从北京开往广州，研究火车在整个路途的运动时，可以把它当作质点，而当研究火车通过一座桥梁的运动时，需要考虑火车的长度，不能把它当作质点。）

                图1-3   什么情况下可以把物体看作质点

质点通过的路线，叫做质点运动的轨迹。质点运动的轨迹是直线的，叫做直线运动；如果是曲线，就叫做曲线运动。

 3    时刻和时间   

时间和时刻是研究运动常用到的物理量，它们既有联系，又有区别。平时我们常说8时上课，8时45分下课，这里的“8时”、“8时45分”是指这节课开始和结束的时刻。而这节课从上课到下课经过了45分钟，则是指这两个时刻之间的时间间隔，时间间隔简称为时间。在表示时间的数轴上，时刻用点来表示，时间用线段来表示。图1-4 所示的数轴上标出了上午第一节课和第二节课的上课、下课的时刻及这两节课和课间休息的时间。

图1-4 上午前两节课开始和结束的时刻及两节课和课间休息所持续的时间

时间的单位是秒、分、小时。它们的符号分别是s、min、h。在实验室中常用停表来测量时间。

 4   位移和路程   

图1-5  位移和路程

假如你的家在图1-5的A点，学校在B点，即在你家向东偏北30°方向、距离500 m处。从你家走到学校，运动轨迹不一样，走过的路程也就不一样，但是，就位置的改变来说，你无论走那条路，都是由初位置向东偏北30°方向移动了500 m。

在物理学中，质点位置的变化用位移来表示。位移既有大小，又有方向，可以用从物体的初位置指向末位置的有向线段来表示。位移的大小等于线段长度所表示的数值，位移的方向由初位置指向末位置。图1-5中的有向线段AB表示的就是你从家到学校的位移。

位移跟路程不同。路程是质点运动轨迹的长度，只有大小，没有方向。在图1-5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，也就是沿直线向某一方向运动，那么路程与位移的大小相同。

既有大小又有方向的物理量叫做矢量，只有大小而没有方向的物理量叫做标量。位移是矢量，路程、时间、质量等都是标量。

练 习 一

⑴我们平时常说的太阳升起和落下，是以什么为参考系的？我们说地球绕着太阳运动，又是以什么做参考系的？

⑵研究自行车的车轮绕车轴的运动时，能不能把自行车当作质点？研究在公路上行驶的自行车的速度时，能不能把自行车当作质点？

⑶我国运动员王军霞在1996年第26届奥运会上创造了女子5 000 m的奥运会记录：14 min 59.88 s。这个数据是指时刻还是指时间？

⑷城市内的出租汽车，司机是按位移还是按路程收费的？体育比赛中的跳远，评判成绩的依据是位移还是路程？

⑸田径场跑道周长是400 m，60 m和100 m径赛的场地都在跑道的直道部分。一位运动员分别跑60 m、100 m和400 m时，它运动的路程和位移的大小各是多少？

⑹一辆汽车向东行驶了40 km，又向南行驶了30 km，汽车行驶的路程和位移的大小各是多少？