师:同学们好,今天我们来学习第七章第一节“怎样描述运动”。大家在生活中可能玩过木头人游戏,是不是一个人背对着大家喊123,这时其他同学可以动,当背对大家的这个人转身喊“木头人”的时候,其他同学要保持静止,动了就出局?那怎样判断运动和静止呢?通过这堂课的学习,我们就能解决这个问题。请大家观看这两幅照片,照片上是几个小孩在草坪上做游戏,大家判断一下,哪个小孩是运动的,哪个小孩是静止的?
生:老师,根据经验,一二号小孩相对于大树位置发生了改变,三、四号小孩相对于大树位置没有发生改变,所以我认为1、2号小孩运动了,3、4号小孩保持静止。
师:你是怎样判断的呢?是不是有些同学是根据相对于电灯杆或草丛位置发生改变来判断的?总的来说,都是根据它们在照片上的位置是否变化来判断的。生活中像这样运动和静止的例子还有很多,比如飞奔的猎豹、缓慢的蜗牛,我们说它们是运动的,是因为它们相对于起点位置发生了变化。而老师站在教室,相对于地面,位置没有发生改变,所以老师是静止的。我们常根据位置是否变化这个共同点,来判断物体运动还是静止。通过分析生活中的这些现象,找出共同点作为规律。因此在物理学中,把一个物体相对于另一个物体位置的改变叫做机械运动,简称运动。比如人在路上行走,船在河道上航行,火车在铁轨上奔驰,飞机在天空中飞行,这些都是机械运动的例子。刚刚做游戏的小孩,1、2号同学相对于大树位置发生了改变,也是做机械运动。
我们还会遇到这样的场景,坐在行驶汽车中的人感觉路边的树木高速后退,而站在路边的人觉得树木不动。研究对象都是路边的树,为什么对物体是否运动的判断会不同呢?因为我们选择的参照物不同。参照物就是判断物体是运动或静止时被选作参照的物体。比如刚刚草地上游戏的小孩,相对于大树,大树就是参照物;老师站在教室地面上,以地面为参照物,地面就是参照物。机械运动是一个物体相对于另一个物体位置的改变,一个物体是研究对象,另一个物体就是选择的参照物。回到刚才的场景,坐在行驶汽车中的人以汽车为参照物,大树相对于汽车位置发生了改变,所以坐在汽车中的人觉得大树是运动的;站在路边的人以地面为参照物,大树位置没有发生改变,所以大树是静止的。
这个例子说明,同样一个研究对象,选择的参照物不同,描述物体的运动情况一般也不同。同时说明运动的物体和静止的物体都可以作为参照物,像刚刚行驶的汽车、静止的路面都可以。不管是运动还是静止的物体,我们都把它看作静止的。第三点,生活中常选择地面或固定在地面上的物体作为参照物,而且经常省略这个参照物不提。比如说老师站在教室中是静止的,是以地面为参照物,但生活中我们常不说以地面为参照物。又如同学们体育课在操场上进行百米跑,以起点的地面为参照物,同学们是运动的,日常中我们只说同学们运动了,不说以地面为参照物。但如果老师以太阳为参照物,老师的位置将发生改变,老师是运动的,这时以太阳为参照物不能省略。
关于参照物选择的说明:参照物应根据需要和方便选择,参照物的选择不同,描述物体的运动一般也不同。所以我们判断物体运动或静止,先选定研究对象,再和参照物比较位置是否改变。就像前面玩的木头人游戏,如果相对于参照物的位置发生改变,说明游戏人运动了。
接下来和大家分享一个故事。在第一次世界大战的空战中,一名飞行员发现机舱有只小虫在飞,一把抓住一看,竟然是一颗正在飞行的子弹。请同学们思考,徒手抓住正在飞行的子弹一般是不可能的,这位飞行员为什么能抓住呢?如果研究飞机的运动还是静止,以地面为参照物,飞机相对于地面位置发生了改变,所以飞机是运动的。同理,以子弹为研究对象,子弹相对于地面位置发生了改变,所以子弹也是运动的。但是坐在飞机中的飞行员以飞机为参照物,子弹相对于飞机位置没有改变,所以子弹是静止的,因此飞行员能抓住正在飞行的子弹。判断一个物体是运动还是静止,取决于所选的参照物,也就是说运动和静止具有相对性,这个相对性在物理学中也有应用。同学们还记得测量滑动摩擦力大小的实验吗?做这个实验时很难控制木块做匀速直线运动。为改进实验,我们提出这样的方法:向左用力拉动长木板,木块以木板为参照物向右运动,木块以地面为参照物是静止的,而木块静止时拉力等于滑动摩擦力,这样就能较为方便地测出滑动摩擦力的大小。
生活中关于运动和静止的事例还有很多。比如汽车的运动,以地面为参照物,铁塔位置没有发生改变,所以铁塔是静止的;汽车位置发生了改变,所以汽车是运动的。以汽车司机为参照物,汽车位置没有发生改变,汽车是静止的;铁塔位置发生了改变,所以铁塔是运动的。再看船的运动,以地面为参照物,山的位置没有发生改变,所以山是静止的;船的位置发生了改变,所以船是运动的。以船上乘客为参照物,船的位置没有发生改变,船是静止的;山的位置发生了改变,所以山是运动的。以地面为参照物,加油机和受油机相对于地面位置都发生了改变,所以加油机和受油机都是运动的。以加油机为参照物,受油机相对于加油机位置没有发生改变,所以受油机是静止的;地面相对于加油机位置发生了改变,所以地面是运动的。还有地球同步卫星和太阳之间的运动,以地球为参照物,卫星相对于地球位置没有发生改变,卫星是静止的;以太阳为参照物,卫星相对于太阳位置发生了改变,卫星是运动的。这些示例都说明运动和静止是相对的,运动是宇宙中普遍的现象,世界上一切物体都是运动的,运动是绝对的。
