一 動與靜
發(fā)展目標(biāo)
1.知識與技能
知道機(jī)械運動是自然界中最普遍的現(xiàn)象
常識性了解運動分為直線運動和曲線運動
初步認(rèn)識機(jī)械運動等自然界常見的運動和相互作用
2.過程與方法
通過參與科學(xué)探究活動，認(rèn)識生活中運動和靜止的相對性
3.情感態(tài)度與價值觀
有強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣和對科學(xué)的求知欲望，知道任何事情都不是絕對的，就像運動和靜止一樣有相對性
典例精析
【例1】有位詩人坐船遠(yuǎn)眺，寫下了著名的詩詞“滿眼風(fēng)光多閃爍，看山恰似走來迎；仔細(xì)看山山不動，是船行�！痹娙嗽谠娫~中前后兩次對山的運動的描述不同，所選擇的參照物分別是
Ａ.風(fēng)和水 Ｂ.船和地面 Ｃ.山和船 Ｄ.風(fēng)和地面
【分析】詩人坐船向遠(yuǎn)看，看到山川向自己走來，這是把船作為參照物，山川相對船是運動的，仔細(xì)觀察之后，發(fā)現(xiàn)山是靜止的，是船在動，則是以地面為參照物，山川相對地面是靜止的，船相對地面是運動的。
【解答】B
【例2】一位跳傘運動員在下落過程中，看到身旁的直升飛機(jī)在向上運動，直升飛機(jī)相對地面的運動是 [ ]
A．一定上升 B．一定下降 C．一定靜止 D．無法判定
【分析】跳傘員看到直升機(jī)在向上運動時是以自身作參照物。由于跳傘員相對地球是在向下運動，若直升機(jī)相對地球向上運動或靜止時，跳傘員都會看到直升機(jī)與自身距離變大，即看到直升機(jī)向上運動。若直升機(jī)相對地球向下運動，且下降速度比跳傘員下降速度慢，跳傘員同樣會看到直升機(jī)與自身距離變大，即認(rèn)為直升機(jī)向上運動。由此可見，跳傘運動員無法依據(jù)自己看到的現(xiàn)象來判定直升機(jī)相對地球的運動情況。
【解答】D
【說明】若跳傘員看到直升機(jī)下降，則根據(jù)自身參照物對于地球處于下降的狀態(tài)就可以判斷直升機(jī)相對地球在下降，而且下降速度比跳傘員下降速度還要大。
發(fā)展與評價
基礎(chǔ)知識
1.最簡單而又最基本的運動是物體 的變化，這種運動稱為 。
2.根據(jù)物體運動路線可把運動為 和 。經(jīng)過的路線是直線的運動叫做 ，經(jīng)過的路線是曲線的叫做 。
3.判斷物體是否運動和如何運動要有一個標(biāo)準(zhǔn)物，這個標(biāo)準(zhǔn)物稱做 。如果物體相對于參照物位置沒有發(fā)生變化，則稱這個物體是 的，如果物體相對于參照物位置發(fā)生變化，則稱這個物體是 的。
4.同一個物體是運動的還是靜止的，以及它的運動情況如何，取決于所選的參照物，這個事
實叫做運動的 。
5.“水漲船高”說的“船高”是相對于 而言的，如果以 作為參照物則船是靜止的。
6.小船順流而下,船上有人,岸上有樹,相對于樹來說,人是 的,船是 的，相對于船來說人是 的，樹是 的。
7.下列現(xiàn)象中屬于機(jī)械運動的是（ ）
A．綠茵場上健兒飛奔 B.氣溫升高 C.電燈發(fā)光 D.聲音傳到遠(yuǎn)處
8.坐在行駛的汽車?yán)锏某丝?看到樹木迅速向后退去,這位乘客所選的參照物是（ ）
A.樹木 B.迎面開來的汽車 C.乘客乘坐的汽車 D.房屋
9.地球同步衛(wèi)星靜止不動,所選的參照物是（ ）
A.地心 B.月球 C.太陽 D.隨意選定的物體
10．夜晚，看到月亮在云中穿行，這是以下面的哪個物體為參照物的（ ）
A．月亮 B.云 C.地面 D.觀看的人
11.下列說法中正確的是( )
A．不選參照物也能確定物體是否運動
B．自然界中一切物體都在運動,絕對靜止的物體是沒有的
C．對同一物體,選用不同的參照物,其運動情況一定不同
D．在研究一個物體是運動還是靜止時,總要選一個不動的物體作參照物
12.在一條平直的公路上,有甲、乙、丙三輛汽車，先后離開車站向東行駛，甲車速度最大，乙、丙兩車速度相等，則下列說法中正確的是（ ）
A．以甲車為參照物，乙車向東，丙車向西行駛
B．以甲車為參照物，乙、丙兩車都向西行駛
C．以乙車為參照物，甲車向東，丙車向西行駛
D．以丙車為參照物，甲車靜止，乙車向東行駛
綜合與提高
1．第一次大戰(zhàn)期間，一名法國的飛行員在2000米高空飛行的時候，發(fā)現(xiàn)身旁有一個小東西，飛行員以為是一只小昆蟲，敏捷的把它一把抓了過來，令他吃驚的是，抓到的是一顆德國子彈，利用你所學(xué)的知識解釋一下他為什么會抓住一顆子彈？
2．明和小華都坐在車?yán)�，車沿著公路前進(jìn)，小明和小華為自己在動還是沒動在爭論著，小明說他沒動，小華說她在動，請你說一說他們誰是正確的呢？
3．為什么機(jī)場附近的鳥群會給飛機(jī)的降落和起飛造成很大的危害？
4．在校運會上，明明為晨晨拍了一張賽跑的照片，沖印出來后，發(fā)現(xiàn)晨晨的像很模糊，后面的景物卻很清晰，第二次，為了拍清小高跑步的照片，明明拿照相機(jī)，在跑道旁邊一邊跑一邊對準(zhǔn)晨晨，沖印出來的后，發(fā)現(xiàn)晨晨的像很清晰，但后面的景物卻是模糊的，利用你所學(xué)的知識分析，造成這兩種情況的原因是什么？
實驗探究
1．物體運動的相對性
【目的】研究物體運動的相對性，學(xué)會選擇參照物。
【器材】墨水瓶、課本、橡皮、鉛筆等。
【步驟】
（1）將課本平放在課桌面上，墨水瓶、橡皮放在課本上（如圖8-1-1）。
圖8-1-1
（2）拉動課本，橡皮相對于墨水瓶是______。橡皮相對于課桌是______。
（3）若以墨水瓶為參照物，則課本是______。若以______為參照物，則課本是運動的。
2．與同學(xué)們在一起做游戲，兩條長約一米的木板，兩人或兩人以上一組，把腳綁在長木板上，一起走完約30米長的路程，看誰先到終點。并討論這個游戲取勝的關(guān)鍵是什么？用到了我們所學(xué)的什么物理知識？
3．意觀察一些生活中關(guān)于機(jī)械運動的事例，特別是相對靜止的事例（飛機(jī)加油機(jī)，聯(lián)合收割機(jī)等），想一想，這對我們的生活有什么好處？
物理在線
飛機(jī)的空中加油
飛機(jī)的空中加油技術(shù)起源于70多年之前，1923年4月，美國陸軍曾用兩架小型飛機(jī)作試驗，在飛行中靠人工用手抓住導(dǎo)管進(jìn)行世界上第一次空中對接加油，現(xiàn)代的飛機(jī)空中加油常常是借助于空中加油機(jī)在800米以上的高度，在同溫層（或叫平流層）進(jìn)行的，在這個空城中，大氣溫度基本上不隨高度發(fā)生變化，氣流很平穩(wěn)，現(xiàn)代大型飛機(jī)和先進(jìn)的加油機(jī)最佳飛行高度在10000米上下。
實施空中加油通常分為四個階段：首先是匯合，必須保證受油機(jī)和加油機(jī)不發(fā)生碰撞，受油機(jī)從加油機(jī)下方進(jìn)入，先在加油機(jī)錐管5米以內(nèi)3米以外編隊飛行；然后再以比加油機(jī)快0.6至2.5米/秒的速度慢慢地將輸油管與受油管插好；第三是加油，最重要的是保持兩機(jī)的高度、速度、航向、傾角度必須完全一致，雙方必須小心翼地操縱著自己的飛機(jī)，使之保持相對靜止；加油完畢，受油機(jī)緩慢減速，退出加油插頭，雙機(jī)脫離。
請思考并回答
1．飛機(jī)在加油的過程中，運用了我們所學(xué)的哪些物理知識？
2．你認(rèn)為飛機(jī)加油時最重要的一步是什么？為什么？
二 快與慢
發(fā)展目標(biāo)
1．知識與技能
初步認(rèn)識速度是描述物體運動快慢的物理量
初步認(rèn)識速度的單位，會進(jìn)行米/秒和千米/時的單位換算
具有初步的實驗操作能力，知道簡單的數(shù)據(jù)的處理方法
2．過程與方法
通過參與探究活動，探究物體運動快慢的比較，初步認(rèn)識科學(xué)研究方法的重要性。
3．情感態(tài)度與價值觀
勇于探索科學(xué)和真理，培養(yǎng)自身分析、概括的能力，通過對速度知識應(yīng)用，培養(yǎng)解決問題的能力。
典例精析
【例1】一列火車長200m，已知它用2h，跑了144km，（1）這列火車在這段時間內(nèi)的平均速度是多大？合多少m/s，（2）若火車仍以此速度通過1.6km的山洞，則整列火車駛出山洞要多長時間？
【分析】火車的平均速度由公式 易求，火車在通過山洞時，所用的時間，應(yīng)為從火車頭進(jìn)洞至車尾出洞所經(jīng)歷的時間，設(shè)火車長為s1,山洞長為s2,則整列火車通過山洞所行駛的路程應(yīng)為s=s1 +s2
（1） =s/t=144km/2h=72km/h
∵1m/s=3.6km/h ∴72km/h=20m/s
(2)由 可得 ∴
【解答】火車的速度是72km/h，合20m/s，整列火車駛出山洞要90s。
【例2】日常生活中我們常用兩種方法來比較物體運動的快慢，請借助圖8－2－1中的短跑比賽來說明這兩種方法：
甲圖表明：
乙圖表明：
圖8-2-1
【分析】在圖甲中，各跑道右邊的計時表的指針相同，表明他們所用的時間相等，三個運動員的位置不同，說明他們通過的路程不同，在相同的時間里，跑在最前面的運動員通過的路程長，他跑得最快，在圖乙中，各跑道右邊的計時表的指針不同，表示運動員通過相同的路程所用的時間不同，表明路程相等時，用的時間短的跑得快。
【解答】甲圖表明：在時間相同時，通過的路程長的跑得快。
乙圖表明：在路程相同時，所用時間少的跑得快。
發(fā)展與評價
基礎(chǔ)知識
1．物體在運動時，運動的 和 都可能發(fā)生變化，為了描述物體運動的快慢與方向，物理學(xué)中引進(jìn)了一個重要物理量速度，它既有大小，又有方向。它的大小表示物體運動的 ，它的方向表示物體運動的 。
2．物體速度的公式是 ，其中用 表示物體運動所經(jīng)過的路程，用 表示物體通過這段路程所用的時間，用 表示物體運動速度的大小。
3．在國際單位制中，速度的單位是 符號是 ，在交通運輸中還常用 做單位，符號是 。
4．當(dāng)只對物體運動快慢作粗略研究時，可用平均速度來描述物體在某一段路程內(nèi)（或某一段時間內(nèi)）運動快慢的大致情況，求物體平均速度的公式是 。
5．一個運動的物體，在2min內(nèi)通過了120m，它通過300m路程需要 s。
6．36km/h= m/s；20m/s= km/h
7．關(guān)于速度，下列說法中不正確的是（ ）
A．通過路程長的物體速度大 B．通過相同的路程，所用時間短的物體的速度大
C．單位時間內(nèi)通過路程長的物體速度大 D．運動快的物體速度大
8．自行車的行駛速度約為( )
A．15m/s B．15km/h C．1.5m/s D．150km/h
9．一輛汽車從甲站開往乙站，前一半的路程的平均速度是30km/h，后一半路程的平均速度是60km/h，則全程的平均速度是( )
A．35km/h B．40km/h C．45km/h D．50km/h
10．長20m的火車，以36km/h的速度勻速通過一980m長的大橋所用時間為 ( )
A．102s B．100s C．98s D．96s
11．寓言《龜兔賽跑》中說，烏龜和兔子同時從起點跑出，兔子在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過烏龜時，便驕傲的睡起了大覺，它一覺醒來，發(fā)現(xiàn)烏龜已爬到了終點，后悔不已，在整個賽跑的過程中（ ）
A．兔子始終比烏龜跑得快 B．烏龜始終比兔子跑得快
C．兔子的平均速度大 D．烏龜?shù)钠骄俣却?br>12．汽車從甲地駛到乙地共用了6h，它最初2h行駛了60km，中間的2h行駛了80km，最后的2h行駛了40km，求：
（1）汽車在這6h內(nèi)的平均速度；
（2）汽車在最后2h內(nèi)的平均速度；
（3）汽車在前4h的平均速度。
綜合與提高
1．用食物誘使一只小狗、貓或雞跑過一段直路，測量它們這種慢跑的平均速度。請大家思考，如何才能測出螞蟻、蝸牛、毛毛蟲的爬行平均速度。
2．獵豹的是動物界的短跑冠軍，速度可達(dá)28m/s，而蝸牛是動作緩慢聞名的動物，它１h
只爬出５m，請你算一算，如果獵豹跑１min，蝸牛要爬多長的時間呢？
實驗探究
1．怎樣測蚊香的燃燒速度？
器材：停表、細(xì)線、蚊香、刻度尺
步驟：
結(jié)論：
2．從高處釋放一物體，在重力作用下，物體向下自由運動，這種運動我們把它叫做自由落體運動，當(dāng)然，真正的自由落體運動只有在沒有空氣的空間里才能發(fā)生，在日常生活中，由于空氣阻力小，我們也可以把日常物體的自由下落運動視為自由落體運動。
試探究物體自由下落過程中，運動速度與時間的關(guān)系
需要測量的數(shù)據(jù)：高度（路程）、時間
需要的器材：
我的合作伙伴：
測量過程：
物體自由下落時速度與時間的關(guān)系是：
物理在線
天文學(xué)家的尺子
現(xiàn)在很多人都已知道，日地距離為1.5億公里，這個距離常被當(dāng)作“天文單位”（國際天文學(xué)聯(lián)合會規(guī)定從1984年起天文單位為一規(guī)定值：1.49597870×1011米，但與日地平均距相當(dāng)接近，故仍可認(rèn)為是地球的軌道半長徑。）天文學(xué)家也常用這把尺子來衡量行星、小行星乃至彗星的距禽
可這個結(jié)果卻來之不易。
古人以為太陽在天上，所以到太陽距離就是“天”的高度。我國西漢年間，天文學(xué)家數(shù)學(xué)家從若干處竹竿影子長度的區(qū)別，曾推算出“天高八萬里”，雖然這結(jié)果“謬之千里”，但這種勇于探索真理的精神卻是很可貴的。
幾乎差不多的時代，古希臘有人利用月亮上、下弦時，日、月、地構(gòu)成的直角三角形，測出太陽比月球遠(yuǎn)17～19倍，如圖8－2－2所示。
這似乎比萬里的結(jié)果好一些，但當(dāng)時月地距離本身
也不清楚，所以可能仍是一筆“糊涂賬”。何況實際
上，二者的距離相差近400倍。
16世紀(jì)時，哥白尼估算的太陽距離也只有300萬英里，按現(xiàn)在的比例，則相當(dāng)于480萬公里。一個世紀(jì)后德國天文學(xué)家開普勒則認(rèn)為應(yīng)是2100萬公里。稍后的牛頓又進(jìn)了一步：8640萬公里……這樣巨大的數(shù)字實在已超出了想象。
前文說過，第一次科學(xué)測定天文單位是法國喬?卡西尼完成的。他當(dāng)然不會相信牛頓的推算。而且他也的確獲得了很了不起的結(jié)果：13800萬公里。一直到近代，由于小行星的功勞使這個值更趨準(zhǔn)確：14958萬公里，使得誤差從卡西尼的8％減少到了0.01％。現(xiàn)代則利用了雷達(dá)和激光技術(shù)，使天文單位a的值定為149597892±1公里。別對±1公里誤差耿耿于懷，因為相對誤差只十億分之六，如果能用這樣的精確度測量南京到上海的距離，那誤差只有2毫米——相當(dāng)于1粒綠豆大小。
其實地球的軌道是橢圓，日地距離本身時刻都在變化。為了協(xié)調(diào)起見，國際天文學(xué)聯(lián)合會規(guī)定：從1984年元旦開始，日地距離的平均值為：149597870公里。一般情況下，誰也不需要那么精確，完全可以講1.5億公里。正如我國第四次人口普查得到1990年7月1日零時的大陸人口為1133682501人，考慮到這幾年的增長因素，一般便說12億人口了。
1.5億公里有多長呢？一般人可能還不易想象，因為地球上任何兩點的“直線距離”都不會超過2萬公里，根本無法與此比擬。
不妨這樣來比喻這1.5億公里的漫漫之路：如果以步行速度（5公里／小時）“長征”，則要晝夜不停地走上3500年，讓唐僧當(dāng)初去朝圣太陽，至今不過走了全程的30％左右。如果鋪上了“月地高速公路”讓小轎車疾駛，也得花上170年。以聲速行進(jìn)，則需要13.7年。事實上從太陽上發(fā)出的光，也需過了8分鐘才到達(dá)地球的。如果太陽上有1臺與我們同步的鐘，則如果太陽在某天12時突然熄滅，那未我們在12時8分前還可盡情享用這“最后的光明”。
請思考并回答
1．根據(jù)文中所提供的數(shù)據(jù)，算一算太陽光的速度是多少？
2．讀了這篇文章，你覺得應(yīng)該怎樣探索科學(xué)真理。
三 直線運動
發(fā)展目標(biāo)
1．知識與技能
初步認(rèn)識直線運動是最簡單的運動
初步了解生活中常見的直線運動和曲線運動
會使用簡單的實驗儀器和測量工具，能測量一些基本的物理量，知道簡單的數(shù)據(jù)處理方法
2．過程與方法
通過實驗與生活實際相結(jié)合，認(rèn)識生活中常見的直線運動和曲線運動
3．情感態(tài)度與價值觀
認(rèn)識物理的重要性，利用所學(xué)的知識解決和解釋生活常見的物理現(xiàn)象
典例精析
【例1】小強(qiáng)和大勇同時騎車沿平直公路從甲地前往相距18km的乙地，小強(qiáng)做勻速運動，大勇做變速運動，且小強(qiáng)的速度等于大勇全程的平均速度，出發(fā)1h后小強(qiáng)到達(dá)乙地，則： （）
A．大勇也同時到達(dá)乙地 B．出發(fā)20min后，小強(qiáng)離乙地12km
C．大勇到達(dá)兩地的中點一定用了半小時
D．途中小強(qiáng)有時比大勇快，有時比大勇慢
【分析】編制本題的目的，在于使解題者體會“勻速直線運動的速度”和“變速直線運動的平均速度”的根本區(qū)別——做勻速直線運動的小強(qiáng)，騎車的快慢程度始終不變，速度的數(shù)值為一恒量，他通過的路程跟所用的時間成正比；而大勇做變速直線運動，他騎車時快時慢，速度的數(shù)值為一變量，他通過的路程跟所用的時間沒有比例關(guān)系�！靶�(qiáng)的速度等于大勇全程的平均速度，”其含意是“在全部路程中，小強(qiáng)的快慢程度跟大勇的平均快慢程度相等”。
【解答】依據(jù)物理規(guī)律和題意，對四個備選答案逐個考察：
A．由于兩人都是從甲地前往乙地，路程s相等；“小強(qiáng)的速度等于大勇全程的平均速度”，v也相等，根據(jù)t=s/v則兩人所用時間t必相等，兩人又是同時出發(fā)，所以一定同時到達(dá)。
B．小強(qiáng)做勻速運動，他通過的路程跟所用的時間成正比，出發(fā)20min（全部時間1h的1/3）后，小強(qiáng)應(yīng)該通過了全部路程18km的1/3，即6km，此處距離乙地為18km—6km=12km。
C．大勇做變速運動，他通過的路程跟所用的時間沒有比例關(guān)系，即大勇通過全部路程的1/2（到達(dá)兩地的中點）所用的時間不一定（并不是不可能�。┦侨繒r間的1/2（半小時）。
D．兩人同時出發(fā)，同時到達(dá)，小強(qiáng)快慢不變，大勇時快時慢，可知必定“途中小強(qiáng)有時比大勇快，有時比大勇慢”。
綜上所述，本題的正確答案是“A、B、D”。
【例2】向月球發(fā)射的激光到達(dá)月球并返回地面共需2.56s，激光的傳播速度為3×105km/s，一架飛機(jī)的速度最快可達(dá)3600km/h，若乘坐這架飛機(jī)能直驅(qū)月球，需要多長時間才能到達(dá)？
【分析】本題暗含的等量關(guān)系是從地球到月球的路程s，還需要注意的是激光傳播所用的時間是“往返時間”，具體解題過程如下。
已知：v1=3×105km/s t1=2.56s/2=1.28s v2=3600km/h
求：t2
【解答】根據(jù)題意，從地球到月球的路程s始終不變
即 s2 =s2而s=vt 則有 v1?t2=v2?t2
所以 t2=v1?t1/v2=（3×105km/s×1.28s）/1km/s=3.84×105s=106.7h
答：這架飛機(jī)需要106.7h才能到達(dá)。
發(fā)展與評價
基礎(chǔ)知識
1．最簡單的機(jī)械運動是 。
2．直線運動分為兩種，一種是 ，另一種是 。
3．物體沿著直線做 的運動叫勻速直線運動。物體沿直線且 發(fā)生變化的運動叫變速直線運動。
4．甲乙兩物體都做勻速直線運動，已知甲乙速度之比為2:1，通過的路程之比為3:1，則甲乙兩物體運動的時間之比為 。
5．甲物體的速度是72km/h，乙物體的速度是20m/s，丙物體1min通過的路程為120m，比較可知（ ）
A．甲物體運動最快 B．乙物體運動最快
C．丙物體運動最快 D．三個物體運動得一樣快
6．做勻速直線運動的物體在5s內(nèi)通過的路程是12m，它在第8s內(nèi)的速度是（ ）
A．2m/s B．12m/s C．2.4m/s D．無法確定
7．關(guān)于勻速直線運動的下列說法中，正確的是（ ）
A．相等的時間內(nèi)通過的路程相等就是勻速直線運動
B．快慢不變、運動的方向不變的就是勻速直線運動
C．快慢不變的就是勻速直線運動
D．運動方向不變的就是勻速直線運動
8．一個做勻速直線運動的物體，在3s內(nèi)通過的路程是20m，那么（ ）
A．時間越長，它的速度越大 B．路程越短，它的速度越大
C．它在0.6s內(nèi)通過的路程是4m D．它在1s內(nèi)的平均速度是0.15m/s
9．一輛汽車在平直的公路上行駛，通過前半段路程的時間和后半段的時間相等，這輛汽車
A．一定做勻速直線運動 B．一定做變速運動 �。� ）
C．前后兩段路程上的運動都是勻速直線運動，整段路程上的運動不是勻速直線運動
D．條件不足，不能判斷
10．從一個坡度較小的斜面上滑下的小車，速度在緩慢的增大，因此測出它前半程，后半程和全程的平均速度是（ ）
A．前半程最大 B．后半程最大 C．全程最大 D．幾個平均速度相同
11．某同學(xué)在60m的賽跑中，頭2s內(nèi)跑了12m，接著又用了6s時間跑了40.8m，最后用1 s跑完余下的路程。
求：（1）頭2s內(nèi)的平均速度。（2）中間6s內(nèi)的平均速度。（3）最后1s內(nèi)的平均速度。（4）全程中的平均速度。
綜合與提高
1．如圖8-3-1所示，是一輛小汽車與一個騎自行車的人
運動時的路程隨時間變化的圖線，根據(jù)該圖線能夠
獲得的合理的物理信息是：
信息一：他們是同時經(jīng)過O點的 ；
信息二： ；
信息三： 。 圖8-3-1
2．甲、乙兩人要測量河岸到峭壁的距離，乙站在河邊，甲離乙20m遠(yuǎn)，他們站在一條河岸到峭壁的直線上，甲喊了一聲，乙聽到兩次聲音，測得兩次聲音間隔為4s，求河岸到峭壁的距離（V聲=340m/s）
實驗探究
1．測量小車在斜面上滑下來的平均速度
需要的數(shù)據(jù)有：路程和時間
需要測量的器材是：
實驗步驟：
物理在線
時間的單位——秒的規(guī)定
長度、質(zhì)量和時間是力學(xué)中的三個基本量，這三個量的單位不僅在物理學(xué)中處于重要地位，而且在其它學(xué)科以及日常生活中也離不開它們。在國際單位制中這三個量的基本單位分別是米、千克、秒。那么這些基本單位是怎樣規(guī)定的？在中學(xué)物理教材中對米和千克的規(guī)定已有敘述，而對時間的基本單位——秒的規(guī)定未作介紹。在這篇文章中筆者試圖用目前中學(xué)使用的理化教材中的知識對“秒”的規(guī)定的主要方面及其前后變遷情況作一介紹。
一．秒的最初規(guī)定：太陽早升晚落是人們經(jīng)常觀察到的現(xiàn)象，太陽在天空的位置也就自然成為人們觀察時間的依據(jù)。太陽連續(xù)出現(xiàn)在天空同一位置所經(jīng)過的時間間隔叫做一天，也就是天文學(xué)中的“真太陽日”。應(yīng)該說明的是真太陽日
并不等于地球自轉(zhuǎn)一周的時間，這是由于地球除自轉(zhuǎn)外
還繞太陽作公轉(zhuǎn)。公轉(zhuǎn)軌道是橢圓，太陽在橢圓的一個
焦點上。當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)一周時，同時在公轉(zhuǎn)軌道上地球經(jīng)
過一段孤長，相應(yīng)地地球自轉(zhuǎn)必需多轉(zhuǎn)一定角度才能在
地面上觀察到太陽和前一天出現(xiàn)在同一位置的情況。
如圖8-3-2所示。可見用太陽的位置來觀察時間，其結(jié)果不僅和地球自轉(zhuǎn)有關(guān)也和地球繞太陽公轉(zhuǎn)有關(guān)。不幸的是地球在公轉(zhuǎn)軌道上的運動并不是勻速的，根據(jù)描述行星運動的開普勒定律可知太陽和行星的連線在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積，因之地球運動到近日點時它的線速度最大，而在遠(yuǎn)日點時線速度最小，如圖8-3-3所示。
也可以作如下簡單推導(dǎo)，設(shè)在近日點處地球速度為v1地日距
r1；遠(yuǎn)日點處地球速度為v2，地日距為r2。面積速度相等即
v1r1=v2r2，由此式可得 ，因為r2>r1，所以V1>V2。公轉(zhuǎn)
軌道上速度的差異使得各個真太陽日的時間間隔不等，這對觀
日定時是不利的。于是人們把一個回歸年的所有真太陽日加以平均，其平均值叫平太陽日。1789年法國成立特設(shè)科學(xué)委員會研究時間計量標(biāo)準(zhǔn)，歷時近30年于1820年正式提出最初的秒長定義：平太陽日時間長度的86400分之一規(guī)定為一秒。秒長的這一規(guī)定由1820年使用到1960年。由此定義，明顯看出它是建立在地球自轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上的。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們觀測到地球的自轉(zhuǎn)也是不均勻的，有時快，有時慢，但自轉(zhuǎn)的總趨勢是減慢，這就使得前面的定義中的秒長不是一個不變的時間間隔，它的準(zhǔn)確度只能達(dá)到10-7數(shù)量級，滿足不了高度發(fā)展的科學(xué)技術(shù)的要求。
二．歷書時系統(tǒng)的秒長定義：力學(xué)的發(fā)展使得人們根據(jù)力學(xué)規(guī)律可以精確計算出各時刻運動物體所處的位置，反之如果能夠觀測到運動物體的位置，也就可以確定運動體在該位置的時刻。在浩翰的宇宙中，將地球看作一個質(zhì)點，在地球質(zhì)點上觀測其它星體的位置，例如，由于地球公轉(zhuǎn)，太陽相對地球的位置不斷發(fā)生變化。同樣月球繞地球公轉(zhuǎn)，月球相對地球位置也在不斷發(fā)生變化。由觀測太陽或月亮相對地球的位置就可以確定時間，這種時間系統(tǒng)不受地球自轉(zhuǎn)的影響，是均勻的，稱為歷書時。歷書時規(guī)定當(dāng)太陽在一個特定的位置時（太陽幾何平黃經(jīng)為279°41＇48"的瞬時）作為1900年1目0日12時正。歷書時秒的定義為：由1900年1月0日12時開始的一個回歸年長度的1／31556925.9747，這一分?jǐn)?shù)的分母是1900年回歸年的天數(shù)×24×60×60而得到的。1985年國際天文學(xué)會通過決議：自1960年起采用歷書時秒作為天文學(xué)的時間標(biāo)準(zhǔn)。這種時間標(biāo)準(zhǔn)由于對星體準(zhǔn)確位置觀測上的困難，使得秒長誤差在10-9數(shù)量級，歷書時秒僅使用了數(shù)年時間便被原子秒所代替了。
三、原子秒的定義：在介紹原子秒之前首先了解一點原子方面的基本知識，原子是由原子核及核外電子所構(gòu)成的，核外電子在一定軌道上繞核運動，允許的軌道有多個。電子在不同軌道上運動，原子就具有不同的能量，用原子物理的術(shù)語來說就是原子處于不同的能級。當(dāng)原子受到電磁波輻射時吸收電磁波能量，電子由低能軌道躍遷到高能軌道，這時原子處于激發(fā)態(tài)。反之電子由高能軌道回到低能軌道時要向外輻射電磁波，電子處在最低能量軌道時原子能量最低，稱基態(tài)原子。原子輻射或吸收電磁波的頻率嚴(yán)格滿足下列條件： ,式中W1和W2分別表示原子在躍遷過程中初末兩個能級，h為布朗克常數(shù)。原子的各個能級是固定的，這使原子只能輻射或吸收一定頻率的的電磁波，該電磁波頻率所對應(yīng)的周期為： ,這一周期穩(wěn)定度極高，如果我們規(guī)定這一周期的若干倍為一秒，我們就會得到重復(fù)性極好的秒。但是，原子秒并不是由電子軌道的變化所定義的，而是由所謂的核自旋的變化來定的。原子中除電子繞核轉(zhuǎn)動外，原子核本身在作自轉(zhuǎn)，稱核自旋，由量子力學(xué)理論得知核自旋的方向只能取幾個不連續(xù)的方向。對應(yīng)核自旋的不同方向，使原子處在不同的能級，即所謂的超精細(xì)能級。當(dāng)原子發(fā)生超精細(xì)能級之間的躍遷時，也就是核自旋由一方向躍遷到另一個方向時，伴隨著有一定頻率的電磁波的輻射或吸收。
十三屆國際計量大會（1967年10月）作出規(guī)定：銫原子133基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷振蕩9192631770周所經(jīng)歷的時間為一個原子時秒，也就是說當(dāng)原子量為133的銫原子處在基態(tài)中時核自旋由一種自旋方向轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N自旋方向時原子能量發(fā)生變化，所對應(yīng)的電磁波的周期的9192631770倍的時間間隔規(guī)定為一個原子時秒。原子時秒具有極高的穩(wěn)定性，其準(zhǔn)確度可達(dá)10-13～10-14。國際單位制中的秒長就是按照上述規(guī)定在海平面上得到的。
請思考并回答：
1．秒的規(guī)定經(jīng)過了哪幾個變遷過程？
本文來自：逍遙右腦記憶 http://m.douzifanli.com/chuer/75967.html
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