必修一 · 第一章

运动的描述

从“质点”的理想化模型出发,建立时空坐标,用“变化率”的眼光洞察运动的本质。

认知导图

北京高考物理核心逻辑:从定性描述走向定量计算,核心在于区分“状态量”与“过程量”,掌握“比值定义法”。

$$ \text{物体} \xrightarrow{\text{理想化}} \text{质点} \xrightarrow{\text{定位}} \begin{cases} \text{参考系} \\ \text{坐标系} \end{cases} $$
$$ x (\text{位置}) \xrightarrow{\text{变化}} \Delta x (\text{位移}) \xrightarrow{\text{快慢}} v = \frac{\Delta x}{\Delta t} (\text{速度}) \xrightarrow{\text{变化快慢}} a = \frac{\Delta v}{\Delta t} (\text{加速度}) $$

(从位置到加速度,是物理思维不断“求导”进阶的过程)

核心概念精讲

1. 质点 (Mass Point) —— 物理学的第一次抽象

定义: 用来代替物体的有质量的点。

判断标准: 物体的大小和形状对所研究的问题影响可以忽略不计。

  • 并不是“小”的物体才能看作质点(如地球绕太阳公转,地球虽大,可看作质点)。
  • 并不是“平动”的物体一定能看作质点(如研究火车过桥的时间,火车不可看作质点)。

名师点拨: 能否看作质点,不看物体本身,而看“研究的问题”。这是物理学抓主要矛盾、忽略次要因素的体现。

2. 矢量与标量 (Vector vs Scalar)

高中物理与初中物理最大的分水岭之一。必须时刻建立“方向”意识。

  • 位移 (Displacement):矢量,由初位置指向末位置的有向线段。只关乎“始末”,无关“路径”。
  • 路程 (Path):标量,物体运动轨迹的长度。
  • 速度 (Velocity):矢量,描述运动快慢和方向。
  • 速率 (Speed):标量,瞬时速度的大小。
单向直线运动中:$|\text{位移}| = \text{路程}$
其他情况:$|\text{位移}| < \text{路程}$
3. 加速度 (Acceleration) —— 难点之王

物理意义: 描述速度变化快慢的物理量,即速度的变化率。

$$ a = \frac{\Delta v}{\Delta t} = \frac{v – v_0}{\Delta t} $$

名师点拨: 千万不要把 $a$ 与 $v$ 混淆!

  • $v$ 大,$a$ 不一定大(如飞机高速匀速飞行, $a=0$)。
  • $\Delta v$ 大,$a$ 不一定大(如火车启动,速度变化大但时间长,$a$ 很小)。
  • $a$ 为 0,$v$ 可以很大(匀速直线运动)。

疑难深析与易错点

易错点 1:时刻与时间间隔的混淆

高考题中常出现“第3秒初”、“第3秒末”、“第3秒内”、“前3秒”。

破局之道: 画数轴!

  • 时刻:数轴上的(第3秒末 = 第4秒初 = 3s这个时刻)。
  • 时间间隔:数轴上的线段(第3秒内 = 2s到3s中间这1秒)。
易错点 2:加速还是减速?

很多同学认为 $a > 0$ 就是加速,$a < 0$ 就是减速。这是大错特错的!

正解: 看 $a$ 与 $v$ 的方向关系。

  • $a$ 与 $v$ 同向(符号相同) $\rightarrow$ 加速 (即使 $a$ 是负值,若 $v$ 也是负值,仍在加速)。
  • $a$ 与 $v$ 反向(符号相反) $\rightarrow$ 减速

例子:物体向西运动(设向东为正,$v < 0$),且受向西的力($a < 0$),此时虽 $a$ 为负,但物体在加速。

学科思维模型

模型一:比值定义法

物理学定义新物理量的核心方法。

用两个物理量的比值定义一个新的物理量,新量与参与计算的两个量无关

  • $v = \frac{x}{t}$:$v$ 大小由运动本身决定,不由 $x$ 或 $t$ 决定。
  • $a = \frac{\Delta v}{\Delta t}$:$a$ 由受力和质量决定,不由 $\Delta v$ 决定。

模型二:极限思想

从平均速度到瞬时速度的桥梁。

$$ v = \lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta x}{\Delta t} $$

当 $\Delta t$ 趋近于0时,平均速度就变成了瞬时速度。这是微积分思想在物理中的初步体现,也是打点计时器求瞬时速度的理论基础。

典例精讲

经典考题 一个物体做直线运动,下列关于加速度的说法中,正确的是( )

A. 加速度减小,速度一定减小

B. 速度变化越快,加速度越大

C. 速度为零,加速度一定为零

D. 加速度方向改变,速度方向也随之改变

名师解析:

A 错: 只要 $a$ 与 $v$ 同向,哪怕 $a$ 在减小(油门踩轻了,但还在踩),$v$ 依然在增加。这叫“加速度减小的加速运动”。

B 对: 加速度的物理意义就是描述速度变化的快慢。变化越快,$a$ 越大。

C 错: 枪膛里的子弹,刚启动瞬间 $v=0$,但火药推力巨大,$a$ 极大。

D 错: 速度方向改变通常需要一个减速到0的过程,加速度方向改变只需受力改变即可。比如竖直上抛到最高点,速度为0,加速度仍为 $g$ 向下。