八年级物理第2课运动的描述（八年级物理上册第二课）

接上节《八年级物理第一课，教材中没讲的知识，你知道吗？ 》，跟各位小伙伴们聊聊第二节《运动的描述》。与上节课相同，本文与大家聊聊，课本上涉及到了，但是没有介绍的内容——时空。

回顾上节课，主要讲的是长度和时间的测量、测量工具（直尺和钟表）、方法测量及测量中的注意事项。直尺和钟表向我们透露了如下的信息：

1.1、空间是平直的，即我们熟悉的欧式几何空间，在这个空间中，所有的物体的轮廓描述都可以用几何中的点、线、面来描述。这些点、线、面之间的关系满足欧式几何中的所有要求。

1.2、度量空间的办法是选取一小段直线作为标定或者是是测量基准，其它的长度与这个标准之间做比较（除法），就可以得到这个标准长度的倍数，如果设长度基准为1，则这个倍数就是被测物体的长度。直尺就是这个数学原理。

1.3、时间测量的数学原理与直尺相同，也是选定一种容易获得的周期性运动的一个周期，作为时间单位，用被测时间间隔与这个周期性运动的时间间隔之间做除法，求得的结果即测量到的时间。

1.4、时间与空间是各自独立的，相互之间没有影响。空间在三个维度中无限延展，而时间就像流淌的河水单向流动，无始无终。

初中物理，作为科学入门的第一课，应该适当传播科学的精神，我这里先强调一下科学的质疑精神。那么前面的内容有需要被质疑的地方吗？很显然是有的，主要包括下面两点：

2.1、空间真的是平直的吗？当教程中把直尺作为测量工具的时候，其实就是默认了这个结果，即我们的空间就是欧式几何中所描述的平直空间。从日常经验的角度来说，这个假定是没有问题的。但并没有给出证明的过程，这是我们要注意的。如果我们同样翻开八年级的数学书，我们会发现很多定理都跟着定理的证明，但物理书中没有这个过程。

科学在早期发展过程中，经常会有这样把经验直接拿过来用当做公理的做法。物理学的发展说明，日常的经验常常是有问题的，正是不断发现真相的过程，推动了科学的进步。

等小伙伴们接触了广义相对论就会明白，空间并不是平直的，质量会引起时空的弯曲，只是这个曲率非常小。甚至地球这么大的星球导致的时空弯曲，也几乎与欧式几何的平直空间重合。这就不奇怪，为什么在科学不发达的时候，人们没有发现时空弯曲现象了。

2.2、空间与时间真的是各自独立的吗？从测量时间的方法上看，利用周期性运动的等时性来测量时间。而运动都是在空间中完成的，断然认为空间与时间没有任何关系很显然缺乏足够的证据。

同样的道理，在科学发展的早期，当时的技术条件还不能发现空间与时间的关系，这个关系同样需要到广义相对论出现以后，我们才能讲得明白。

翻开教材我们可以看到，这节课主要是讲了机械运动和参照物。书上对物体的运动介绍也很简单，“物体的位置随时间的变化叫做机械运动”、“参照物就是判断一个物体是运动还是静止的时候，选取用来当做标准的那个物体”。

这样的表述当然非常简单，也便于初中生理解，现在让我们把长度和时间的测量加进来，进一步理解一下这两个概念的物理意义。

直尺和时钟为我们提供了测量的工具，并且描绘出了一个三维平直空间，和一维单向时间这样一个物体运动的舞台。按照初中物理对机械运动的定义“物体位置随时间变化”，我们可以用一个数学式子表示出来，即任何一个物体在这个舞台中都可以用一个函数f(x,y,z,t）来描述，其中x,y,z，为这个物体在空间中的坐标，t为物体所处的时刻。

我没拿到全套的初中教材，不清楚八年级是不是学过三维坐标系，不过不要紧，我们把小学数学中的数轴概念带到这里借用一下。三维坐标系，就是用3个互相垂直的数轴来标记空间的一种办法。数轴都有一个0点，在坐标系中就是这三个正交数轴的原点。

如果一个空间中只有一个物体，我们很显然无法判断这个物体到底是静止还是在运动。这就相当于在建立三维坐标系的时候，没有给定原点位置一样，这个坐标系也是无法建立的。参照物的作用就是如此，有了参照物，我们就可以通过比较两个物体的位置来判断物体的运动了，这个时候，也就相当于给出了三维坐标系中的原点位置。

通过本文的介绍，我们可以看出这样一些内容，第一、数学和物理有很多重合的地方，数学是我们生活的空间和时间的抽象，是用来描述物理的一种工具；第二、物理学中有很多默认的假设，都没有给出严谨的证明过程，等待我们未来去探索。

今天的课程就到这里了，小伙伴们，这些教科书中没有讲到的点，你们都GET到了吗？