孙梓程:(伸长脖子看讲台上的玩具)袁老师,带小汽车和气球来,是要在教室里开运动会吗?
物理老师袁高峰哈哈,比运动会还有意思。我问你们一个看起来简单的问题——我现在站在讲台边,我动了吗?
江川西没有,老师你好好地站着呢。
物理老师袁高峰确定吗?那你们知不知道,此时此刻,我们整个教室、整栋教学楼,正随着地球在宇宙里飞奔,速度大约是每秒30千米!
孙梓程(从椅子上跳起来)什么?!我明明坐着不动,老师你也没动,怎么就说我们在狂奔呢?
物理老师袁高峰问得太好了!这就是今天第一个核心概念——机械运动。什么是机械运动?物理学里把它定义得非常简明:物体位置随时间的变化,就叫机械运动。位置变了,就是运动;位置没变,就是静止。
江川西(略有所思)那也就是说,判断一个物体动不动,关键看它的位置变没变?
物理老师袁高峰一点没错。但是江川西,你马上会追问——位置变没变,是相对于谁说的呢?我站在讲台上,相对于黑板,我没动。但相对于太阳,我正在以不可思议的速度飞行。所以,物理学里判断一个物体是运动还是静止,必须先选定一个参照物。
物理老师袁高峰参照物,就是被我们假定为不动的那个物体,用它来做标尺,看别的物体相对于它在不在动。孙梓程,假如你坐在一列停在车站的火车里,旁边的火车慢慢开动了,而你只盯着那辆车看。你这时候会觉得自己动了吗?
孙梓程当然会!我以前就遇到过,以为自己的车开了,结果是旁边那辆车倒着走,吓我一跳。
物理老师袁高峰经典!这就是选错参照物的后果。你盯着旁边火车,把它当成参照物,你就会觉得自己的车在反方向运动。实际上,如果你选站台做参照物,你的车一直静静地待在那儿。所以——参照物的选择不同,同一个物体的运动状态描述可能完全不同。
江川西那我们平时说的“太阳从东边升起来”,是不是也是参照物选的问题?
物理老师袁高峰(眼睛放光)江川西,你这个问题能直接拿满分!我们说太阳升起来,是下意识把地面、地平线当成了参照物。但实际上,如果选太阳做参照物,是地球在绕着太阳转,而且还自转。之所以说“太阳升”,是因为地球自己往东转,把地平线转到了太阳光前面。这就是哥白尼当年革命性的发现——换个参照物,整个宇宙的运动图景全变了。
孙梓程(挠头,表情惊讶)原来“静止”和“运动”这么不靠谱啊,全看跟谁比。
物理老师袁高峰对,这就引出了物理学里一个非常重要的概念——运动和静止的相对性。同一个物体,选A做参照物它可能是静止的,选B做参照物它可能就是运动的。没有绝对的静止,只有相对的静止。你们想想,生活中有没有这样的事?
江川西在商场坐扶梯,扶梯上的人相对于扶梯是静止的,但相对于地面是在上升的。
物理老师袁高峰完美。我再给一个例子。空中加油机给战斗机加油,两架飞机在蓝天中,油管要精准对接,靠的就是保持相对静止。相对于地面,它们都在高速飞行,速度可能高达800千米每小时;但相对于彼此,它们几乎是静止的,所以油管才能稳稳插进去。
孙梓程(一拍大腿)我懂了!就像两个人并排跑,速度一样快的时候,感觉对方就在身边没动。但路边的人看我们,两个都在飞快地跑。
物理老师袁高峰(满意地竖起大拇指)孺子可教!所以,参照物可以任意选择,但为了方便,我们通常默认选地面或地面上静止的物体。不过你要牢牢记住,一旦参照物变了,结论就可能完全相反。好,理论部分咱们先讲到这里。光说不练假把式,现在拿出练习本,咱们通过习题把这些概念扎扎实实地练透。
【习题一】参照物的判断
(1)坐在正在行驶的公共汽车里的乘客,以______为参照物是静止的,以______为参照物是运动的。
(2)“月亮在云中穿行”,是以______为参照物。
(3)“小小竹排江中游,巍巍青山两岸走”,前半句以______为参照物,后半句以______为参照物。
物理老师袁高峰给你们两分钟思考,然后我来点名。
江川西老师,我要来
物理老师袁高峰好,江川西,你来回答第一题。
江川西第一题,坐在行驶汽车里的乘客,以汽车或司机为参照物是静止的,因为乘客相对于车的位置没变。以地面或路边的树为参照物是运动的,因为乘客相对于地面位置一直在变。
物理老师袁高峰回答规范,参照物选的也都是合理的。孙梓程,第二题。
孙梓程第二题,“月亮在云中穿行”,是说月亮在动。月亮相对于云位置变了,所以是以云为参照物。
物理老师袁高峰正确。第三题,谁来试试?
江川西第三题,“小小竹排江中游”,竹排在动,是相对于江岸或青山位置在变,所以前半句以青山或江岸为参照物。“巍巍青山两岸走”,青山在走,这很妙,青山相对于竹排或竹排上的人位置在变,所以后半句以竹排或竹排上的人为参照物。
物理老师袁高峰(赞叹地点头)解读得太精彩了!同一首歌里,前半句和后半句选的参照物完全不同,所以竹排和青山都在动,这就是参照物选择的不同带来的奇妙效果。你们看,诗人一句诗里就藏着这么深的物理道理。
(袁高峰老师在黑板上写下第二组习题。)
【习题二】运动和静止的相对性
(1)如图所示,空中加油机正在给战斗机加油。以加油机为参照物,战斗机是______的;以地面为参照物,战斗机是______的。
(2)地球同步卫星绕地球转动,以地球为参照物,卫星是______的;以太阳为参照物,卫星是______的。
(3)坐在顺水漂流的竹筏上,以竹筏为参照物,两岸的山是______的;以山为参照物,竹筏是______的。
物理老师袁高峰这组题稍微绕一点,给你们三分钟。要把自己代入到题目给的参照物视角去判断。
(三分钟后,孙梓程先举手。)
孙梓程第一题,以加油机为参照物,战斗机相对于加油机位置不变,是静止的。以地面为参照物,战斗机位置在变,是运动的。
物理老师袁高峰干净利落。江川西,第二题
江川西第二题,地球同步卫星,它绕地球转的速度和地球自转速度一样,所以它始终在地球上同一个点的正上方。以地球为参照物,卫星位置不变,是静止的。但以太阳为参照物,卫星跟着地球绕太阳转,位置在变,所以是运动的。
物理老师袁高峰非常好,把“同步”两个字解释得很透彻。第三题呢?孙梓程。
孙梓程第三题,坐在顺水漂流的竹筏上,以竹筏为参照物,两岸的山相对于竹筏在往后退,所以是运动的。以山为参照物,竹筏相对于山在向前走,所以竹筏是运动的。
物理老师袁高峰全对!这组题你们都答得又快又准,说明参照物和相对性的概念你们已经吃透了。
(袁高峰老师在黑板上写下第三组习题。)
【习题三】综合题
(1)在笔直公路上,甲、乙两辆汽车同向行驶。甲车速度比乙车快。如果以甲车为参照物,乙车向什么方向运动?如果以乙车为参照物,甲车向什么方向运动?
(2)孙梓程和江川西并排匀速跑步,两人速度一样快。以地面为参照物,两人都是______的。以对方为参照物,两人都是______的。
(3)下列现象中,不属于机械运动的是( )
A. 流星划过夜空 B. 冰融化成水 C. 骏马在草原上奔驰 D. 地球绕太阳公转
物理老师袁高峰第三组有点挑战性。第一道题需要你们动动脑筋,想象一下场景。给你们四分钟。
物理老师袁高峰江川西先举的,你先说第一题。
江川西甲车和乙车同向行驶,甲车更快。想象一下,在甲车司机眼里,乙车虽然也是往前开,但越落越远,感觉就像在往后退一样。所以以甲车为参照物,乙车向后方运动。反过来,在乙车司机眼里,甲车比他快,会越跑越远,感觉像向前跑。所以以乙车为参照物,甲车向前方运动。
物理老师袁高峰太形象了!孙梓程,你理解了吗?
物理老师袁高峰理解了!就像我在跑步,一个比我快的人超过我,我看着他,他越跑越远,相对于我他就是向前运动的。那个快的人回头看慢的人,慢的人相对于他就在往后掉。
孙梓程第二题,以地面为参照物,两人位置都在变,是运动的。以对方为参照物,两人速度一样,位置不变,是静止的。
物理老师袁高峰第三题,江川西
江川西第三题,选B。机械运动是物体位置随时间的变化。A流星、C骏马、D地球,位置都在随时间变化,都是机械运动。冰融化成水是物态变化,不是位置变化,所以不属于机械运动。
物理老师袁高峰(鼓掌)全对!连错误选项的原因都分析得清清楚楚。你们的物理思维已经开始形成了。
【习题四】开放探究题
请举出生活中的一个例子,说明同一个物体,选择不同的参照物,它的运动状态描述完全不同。
物理老师袁高峰袁高峰:这道题没有标准答案,看谁的脑洞大。给你们两分钟想,然后分享
孙梓程我先来!比如我坐高铁,把杯子放在小桌板上。以我为参照物,杯子是静止的。但以站在路边的人为参照物,杯子在以300千米每小时的速度飞驰!
物理老师袁高峰非常好的例子,同一个杯子,两个参照物,两个截然不同的结论。
物理老师袁高峰也很经典。我再补充一个给你们开开眼界。在宇宙空间站里,宇航员相对于空间站是静止的,他们飘在那里工作。但相对于地面,他们在以大约每秒7.9千米的速度绕地球飞行。同一个宇航员,是静止还是飞驰,全看你在哪儿看。
孙梓程(感叹)物理太有意思了,整个世界的运动都是相对的,没有绝对的东西。
物理老师袁高峰总结得比课本还好!来,咱们一起把今天的内容梳理一下。
物理老师袁高峰第二章,运动的描述。第一个核心概念——机械运动,物体位置随时间的变化。第二个核心概念——参照物,被假定为不动的标准物体。选择不同的参照物,同一个物体的运动状态可能不同。第三个核心概念——运动和静止的相对性。没有绝对静止的物体,静止是相对的。你们记住一句话:一切物体都在不停地运动,我们平时说的运动和静止,都是相对于某一参照物而言的。
物理老师袁高峰好了,今天的课就到这里。课后作业:回去观察你们家里的电风扇。风扇转动时,扇叶相对于底座是什么状态?相对于地面呢?如果有一只蚊子停在扇叶上,它相对于扇叶是什么状态?相对于你的脸呢?下节课,我们要学习比运动和静止更精确的描述方式——速度。好,下课!
江川西谢谢袁老师,老师再见!
孙梓程谢谢袁老师,老师再见!