《第一章 运动的描述》章小结:如何描述质点的运动?

  导语:

  本章我们学习了如何描述运动。根据机械运动的定义,想要描述清楚物体的运动,需要解决以下几个问题:

  研究谁?相对于谁的运动?

  如何表示时间?如何表示地点?

  怎样精确的描述物体的运动状态?

  一、本章主要知识网络梳理如下:

  从网络图可知,本章知识的学习过程体现了人类对事物认知的一般思路:现象→感知→粗略→精确→确定各物理量之间关系→研究事物的本质属性。(本章知识只限于对运动的描述部分,后续部分将继续完成)

  二、本单元知识网络解读:

  1.研究对象——质点

  生活中做机械运动的物体有各种各样、不尽相同,研究和描述其运动十分困难。聪明的物理人创造了一个非常重要的研究方法——建立理想化模型,把研究对象的主要因素凸显出来——质量,把次要因素忽略掉——大小和形状,这样就建立了“质点”这一理想化模型。

  2.描述运动的基础概念——参考系、坐标系、时间、时刻、位移

  我们知道静止是相对的,运动是绝对的。想要描述清楚物体做怎样的运动,需要一个假定为不动的参照物——参考系,这样就可以确定物体是否运动、做怎样的运动了。但这仍停留在现象感知、感性认识的层面,还处在粗略的定性描述阶段。

  为了定量描述物体运动,物理学家们选择了用坐标系这一数学工具来确定质点的空间位置和位置变化(位移),类比坐标轴建立了时间轴来表示时间和时刻。这样某个运动状态的描述对应时刻和该位置坐标,某个运动过程的描述对应时间与位移。

  3.精确地描述运动的物理量——速度、加速度

  初中用路程和速率粗略地描述运动,高中借助数学工具实现了由粗略的定性描述向精确的定量表达的升级。用位移与所用时间的比值定义速度来描述物体运动的快慢和方向,速度变化与所用时间的比值定义加速度来描述速度变化的快慢和方向。利用位移、速度、加速度来更加清晰、精确地描述运动,实现了对运动认识由具体到抽象、由标量到矢量的进阶。

  4.关注物理量的表达方式和跨学科概念

  路程、位移、速度、加速度的学习让我们了解了对事物的认识和研究可以从多角度进行,其实物理量的表达方式也是多样的,例如位移、速度、加速度这些物理量的表达方式有语言文字、公式符号、图形图像等,我们可以选用恰当的角度和方式对不同的问题进行研究和描述。

  比值定义物理量的方法在高中物理学中将会经常用到。其实在各个学科中,都会用到某个变化量与所对应的另一个变化量的比值来描述事物变化的快慢,即变化率的概念,这一概念是更具有普遍性和实用性的跨学科大概念。

  5.重视体会本单元蕴含的物理思想方法

  为了更精准的描述物体某一位置、某一时刻的运动情况我们在学习平均速度的基础上,用极限思想方法定义了瞬时速度、瞬时加速度的概念。极限的思想方法是研究物理量瞬间变化和过程积累的基本思想方法,在后续的学习中将会进一步拓展和应用。

  本章不仅学习了如何定量、精准的描述物体的运动,更重要的是体会这一过程中所蕴含的物理学思想方法,如建构质点概念所用到的理想化模型的方法、比值定义物理量的方法、极限的思想方法等……这些思想方法会贯穿我们整个高中物理的学习,会影响我们在学习、生活中处理问题的思考方式,甚至会影响我们未来的世界观、人生观和价值观!


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