课本在第二节的开始提出了一个问题
截取自人教版《高中物理》
根据前面学习的内容,我们知道要选定参考系,可以是某一处的地面,也可以是某个建筑物,一般选固定不动的物体为参考系。如果是问某个时间这辆汽车的位置,并且要准确地描述出来,那我们就需要学习新的内容了。
时刻和时间间隔
要描述物体位置随时间的变化,首先要清楚时间一词的含义。说到时间,不能不说时刻和时间间隔。时刻和时间间隔既有联系又有区别。上午8时上课、8时45分下课,这里的 8 时8 时45 分是指这节课开始和结束的时刻,而这两个时刻之间的45 min,则是这两个时刻之间的时间间隔(如下图)。
在表示时间的数轴上,时刻用点表示,时间间隔用线段表示。我们平时说的时间,有时指的是时刻,有时指的是时间间隔,要根据上下文认清它的含义。
先来讲讲时间这个概念。生活中也经常用到时间这个词,有时指的是某个时刻,有时又指的是一段时间间隔。比如你早上6:50从家里出发,7:30到达学校,路上要花40分钟。这里的6:50和7:30都是指某个时刻,而40分钟指的是时间间隔。两者的物理含义是不一样的,需要区分清楚。
时刻指的是某一个时间点,如午饭时间为中午12点,下班时间是下午6:30,《新闻联播》19点整开始等等;而时间间隔表示的是一个时刻和下一个时刻之间的间隔,即。例如100米比赛成绩时10秒,《新闻联播》时长30分钟,上海到北京坐高铁要五个小时等等。
理解了时刻与时间间隔的区别,我们再来看看时间的特点:时间具有单向性或者不可逆性。意味着时间可以向前流动,但无法实现时间倒流。既然时间具有单向性,人们往往用时间轴来描述时间。时间轴也有类似坐标轴的五要素:计时起点,正方向,单位间隔,物理量(t表示time),物理量单位(常用秒、分、小时等)。
时间轴上0点为计时起点,计时起点的选取原则上是任意的,不过实际问题中常常以所研究的时间的初始时刻作为计时起点。选好了起点后用一个点来表示时刻,用一段线段来表示时间间隔。
那么时间轴上的时间间隔和时刻都是怎么描述的呢?
先来看时间间隔的说法,比如时间轴上0~2线段表示两秒的时间间隔叫做前2秒;0~5叫做前5秒;0~1表示前一秒也叫第一秒内,1到2叫做第二秒,指的是1秒的时间间隔;2~3叫做第三秒,指的也是1秒的时间间隔;所以很容易分析出前n秒指的是n秒的时间间隔,时间轴上由0到n线段表示。第n秒是1秒的时间间隔,时间轴上用n-1到n线段表示。
那么7秒内的后3秒表示的是什么呢?7秒内时间轴上用0~7线段表示,7秒内的后3秒,时间轴上显然指的是4~7线段,即第五秒到第七秒。
再来看看时刻的说法,比如两秒初指的就是第二秒开始的时刻及时间轴上1这个点,两秒末指的就是第二秒结束的时刻即时间轴上2这个点,而三秒初指的是第三秒开始的时刻,也是时间轴上2这个点,因此两秒末与三秒初指的是同一个时刻,也就是说n秒末与n+1秒初指的是同一时刻。
时间间隔和时刻有什么联系呢?在时间轴上当两个点无限接近时,两点之间的线段就可以看成点了,意味着它们之间的时间间隔就相当于时刻了。时刻表示物体运动的某个瞬间类似于一张照片,而时间间隔能够展示物体运动的一个过程,类似于一段视频;正如一张张连续的照片可以组成视频,一系列连续时刻的积累便构成时间间隔。物理上说的时间通常指的就是时间间隔,所以时间间隔可以表征物体运动的连续性。
练习与应用
1. 以下各种说法中,哪些指时间间隔?哪些指时刻?
(1)列车员说:火车8时42分到站,停车8分。
(2)您这么早就来啦,抱歉!让您等了这么久。
(3)前 3 s最后 3 s第 3 s 末第3 s内。
答案:(1)8点42分是时刻,停车8分是时间间隔
(2)早是时刻,久是时间间隔
(3)前3s是时间间隔,最后3S是时间间隔,第3s末是时刻,第3s内是时间间隔
此题建议不熟悉的同学画一下时间轴,通过标注会很快的熟悉这部分内容。
总结
时刻指的是一个时间节点,在时间轴上用点来表示,比如第四秒末和第五秒初指的都是时刻,而且是同一个时刻。
时间间隔表示的是两个时刻之间一段时间,在时间轴上可以用线段来表示。前三秒,第五秒,后两秒内,第三秒到第五秒等均指时间间隔。