課本第14頁的第一個知識點,機械運動是物體的空間位置隨時間的變化。是自然界中最簡單、最基本的運動狀態。(這個概念不須要記,由于整個中學數學都是圍繞這個問題展開的。)
課本舉了生活中常見的事例,車輛在道路上行駛,客輪在海上航行,客機在天空中飛行,樹根的搖晃,鳥兒的翱翔,月球的自轉公轉。
有了這種事例之后,怎樣研究?書上介紹了一種工具——力學(在數學學中,研究物體做機械運動規律的分支稱作熱學。)
這樣中學數學的核心就出現了——機械運動和力
課本的前兩章講的是機械運動,第三章講熱學,第四章講運動和力的關系(也就是牛頓三大定理),這就是高二數學念書期的內容,也是整個中學數學的基礎和重點考查的內容,涉及了大量的概念、推導和剖析,重點是培養中學生合理的解題思路和規范的解題過程。
質點
來自人教版《高中數學》
課本首先提出一個問題,要求確切的描述這種運動的物體。那些物體的共同特點是在運動的過程中,組成物體的各個部份的運動狀態是不一樣的。例如,孩童在朝某個方向跑,并且全身是交替的運動,和身子的雙向運動不同;車輛往前行駛,而且車輪做的是旋轉運動;飛翔的雄鷹朝某個方向運動,而且翅膀在上下扇動。
書上還舉了草皮上排球的事例,往前運動的同時還在滾動。得出推論,想要確切的描述某個物體的運動不是一件容易的事情。這么困難和麻煩出在那里?剖析可得任何物體都是有大小和形狀的,而且各部份的運動情況是不一樣的。
有時我們關注的對象是整體,有時我們關注的對象是某一部份,所以怎么描述物體的運動狀態要看我們關注的是哪些問題。比如研究雄鷹是怎樣飛行的,這么翅膀的運動形式就是主要的;并且要研究雄鷹從那里飛到那里,就毋須關心它的大小和形狀了,把它當作一個點來描述它的運動就很便捷。
接出來課本舉例說明物體哪些時侯能當作一個點,哪些時侯不能。
例一:月球在繞著太陽公轉的同時也在自轉,因為月球的半徑是
km,月球上各點到太陽的距離實際上是不斷變化的。而地日之間的距離約是
km,約是月球的一萬多倍,這么在研究月球繞太陽公轉的問題時,月球的大小就可以忽視而當作一個點。
例二:一列列車在平直的軌道上行駛,雖然車輪在做快速的旋轉運動,并且我們只關心列車整體的運動情況時,就不須要考慮這些差別性,而是把整列列車當作一個點,來研究點的運動狀態。
由以上的反例才能看出,在個別情況下確實可以忽視物體的形狀和大小,把它簡化成一個有質量的點,這樣的點稱作質點(masspoint)(在中學數學課,我們主要研究這些才能簡化成質點的物體的運動,所以常不分辨“物體”和“質點”兩個詞。)
對于初學化學的朋友來說,好多概念較為具象,從字面意思去記憶有困難的時侯,不妨看一下英語名稱,由于近代科學起源于西方,有些概念看英語的原文反倒會更好理解一些。這也是為何教材會在一些名詞的前面標明中文的緣由。
還有一種情況,就是物體的大小和形狀都不能忽視時,但在運動的時侯,組成物體的各個部份運動狀態都一樣,任何一個點的運動狀態都和整體的運動狀態一致質點的定義,這么,整個物體能夠簡化成為一個點,并把整體的質量賦于這個點,產生一個質點。
綜上所述,一個物體能夠被看作質點是由研究的問題來決定的。同一個物體,具體問題,具體剖析。
之后課本中出現一個思索題
截取自人教版《高中數學》
在研究怎樣能夠踢出獼猴桃球時,踢橄欖球的位置和作用在籃球上力的方向決定了踢出后的旋轉速率及旋轉方向,網球的形狀大小不可忽視,不能把籃球看作質點;籃球的形狀大小對研究問題的影響可以忽視時,可以把籃球看作質點,比如研究網球運動軌跡時可以把籃球看做質點。
用左腳踢圖中藍色部位能夠踢出向左旋轉的獼猴桃球
練習與應用
1.兩個運動的物體:一個是被球拍擊出的兵乓球,一個是正在飛行的殲-20隱型戰斗機。請你為兵乓球和戰斗機各創設兩個問題,一個問題中可以把它(兵乓球或戰斗機)看成質點,另一個問題不可以把它看成質點。
剖析:按照質點的定義,是研究的問題與物體的大小和形狀無關時可以看做質點。對于兵乓球來說,研究怎樣旋轉和在空中的飛行軌跡時就是兩種不同的狀態;對于戰斗機來說,在空中飛行的軌跡和做特技動作時也是兩種不同的狀態。
答案:兵乓球接發球的時要考慮旋轉問題不能看做質點;研究兵乓球飛行軌跡時可以看做質點。
戰斗機在空中做特技動作時不能看做質點;研究戰斗機飛行軌跡時可以看做質點。
總結
運動是指所有宏觀物體的運動。
機械運動是一個物體隨時間相對于另一個物體位置的變化。是最簡單,最基本,最普遍的運動方式。
物體有大小有形狀,各部份運動情況不一樣,須要捉住主要誘因,忽視次要誘因。
大小、形狀對所研究問題的影響可以忽視不計,就可以把物體看作一個有質量沒容積的點質點的定義,稱作質點。
質點只具有位置而不占空間,具有所代表物體的全部質量。不同于指表示空間位置的幾何點。是為了剖析問題而引入的理想化模型,并不是真實存在的。
把物體看成質點,就可以讓問題簡化。
哪些情況下能理想化成質點?要按照研究問題的性質來決定。大小相比于運動距離可以忽視時,可以看作質點。有些時侯大小不能忽視也是可以看作質點的,例如做平動的物體,前提是并不會影響要研究的具體問題。
不能簡單的覺得很小的物體就是質點,很大的物體不能看做質點,也不能簡單的覺得平動的物體才能看作質點,而轉動的物體就不能看做質點。物體能不能看做質點,與其大小沒有必然的關系,跟平動轉動也沒有必然關系,跟遠近、溫度、快慢和形狀規則與否也沒有必然關系。