【高中物理﹒点石成金系列】11质点参考系

§11质点参考系1“嫦娥二号”从地球向月球飞行，如何描述它的运动呢？2“凌云戏月游银汉，转瞬翔天过太空”这是文学家的描述。那么科学家怎样描述呢？这就是本节课要学习的内容。问题思考一、物体与质点1要描述鸽子身上各点飞行的位置随时间变化的规律是件不容易的事，困难在哪里？结论：如果仅仅研究“白鸽”的运动情况，我们可以忽略“白鸽”的形状和大小而把物体看成只有质量而没有形状和大小的“点”。所以，为了研究问题的方便，常常把物体看成一个点。2如果只研究鸽子从家里到目的地飞行的快慢，需要知道鸽子身上各部分的运动吗？问题思考其中左图为美国选手拜尔宾/阿格斯特在北京进行的中国杯世界花样滑冰大奖赛冰舞比赛。右图是举世瞩目的男子110米栏的决赛。中国选手刘翔获得金牌，他的成绩为12秒91，打破奥运纪录，同时也追平了世界纪录。图为刘翔在比赛中。问题：这两幅图中，哪一幅可以将运动员看成点？小结：科学家研究飞船在太空中的运动位置、高度、速度等问题时，可以把飞船简化为一个有质量的点。1、质点：用来代替物体的、有质量的点。物理学中，在某些情况下，我们忽略物体的大小和形状，突出“物体具有质量”这一要素。不可错误地认为很小的物体就可视为质点。2、质点是一种科学抽象，是一种理想化的物理模型，这也是物理常用的一种研究方法——忽略次要因素，突出主要因素。3、在什么情况下可以把物体看成一个质点：（1）当研究的物体的大小、形状对所研究问题的影响可忽略不计时，物体可简化为质点，而跟自身体积的大小、质量的多少和运动速度的大小无关。（2）一个物体有时可当质点，有时可不当质点。一个物体能否视为质点是由问题的性质来决定的。1研究绿茵场上飞起的足球的运动时，能把足球看成质点吗？问题思考2研究火车通过大桥的时间时，能把火车看成质点吗？研究飞机在空中的位置、离开地面的高度、飞行的速度、运动轨道等问题时，能否把飞机看作质点？问题思考问题思考如果只研究地球整体的运动轨迹，地球是否可以当做一个点来进行简单化处理呢？结论：研究地球公转时，地球本身的大小和形状是次要因素可忽略可看成质点A问题思考如果只研究地球上某一点A的运动情况，是否也可以当做一个点来进行简单化处理呢？结论：研究地球自转时，地球本身的大小和形状不可忽略不能看成质点结论：物体能否看成质点与物体本身的大小和形状无关。1是不是很小的物体才能看作质点，很大的物体不能看做质点？小组讨论2物理中的“质点”和几何中的点有哪些异同？相同点：都是没有形状和大小的点。不同点：质点是实际物体的抽象表示，它具有一定的物理内涵，不仅具有物体的全部质量，而且是一个相对的物理概念；几何中的点没有质量，仅表示位置，而且应该绝对的小。下列关于质点的说法中，正确的是A体积很小的物体都可看成质点B质量很小的物体都可看成质点C不论物体的质量多大，只要物体的尺寸对所研究的问题没有影响或影响可以忽略不计时，就可以看成质点D只有低速运动的物体才可看成质点，高速运动的物体不可看作质点C例题1、在下列各运动中，可以当做质点的有（）A、研究做旋转动作的体操运动员B、研究远洋航行中巨轮的航行C、研究转动着的螺旋桨D、研究绕地球运动的卫星BD2、下列物体或人可以看做质点的是A、研究跳水冠军伏明霞在跳水比赛中的动作B、研究奥运冠军王军霞在万米长跑中的过程C、研究我国科学考察团去南极的过程D、研究一列火车通过某一路标所用的时间BC3、下列情况不能看成质点的是（）A、计算火车通过路口所用的时间B、研究飞行中的直升机上的螺旋桨的转动情况C、计算从北京开往汕头的一列火车的运行时间D、研究绕地球飞行时航天飞机的轨道AB乙甲甲同学和乙同学第一次乘火车，他们坐在火车站的未开动火车上。突然甲同学看着车窗外另一列火车叫起来：“我们的车开动了！”乙同学盯着车窗外的柱子说：“你看错了，我们的车还没开动。”你认为甲乙同学的说法谁对谁错？二、参考系1、参考系：为了确定物体的位置和描述物体运动而被选做参考的物体。（注：初中所学参照物是通俗说法，但本质相同）要描述一个物体的运动，首先要选定某个其它的物体做参考，观察物体相对这个物体其它物体的位置是否随时间变化，以及怎样变化。这种用来做参考的物体称为参考系。2、参考系的选取：（1）可以任意选取（选定为参考系后都假设静止不动）；（2）应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则；（3）常选择地面或相对地面静止的物体为参考系；（4）参考系的选取不同，对物体运动的描述可能不同；（5）比较两个物体的运动情况，必须选择同一参考系才有意义；（6）运动和静止都是相对于参考系的；（7）运动是绝对的，静止是相对的。注意：以后凡是说到运动，都应该首先选择参考系，常默认为地面或相对地面静止的物体为参考系。从水平匀速飞行的飞机上投出的炸弹，以飞机为参考系和以地面为参考系各做什么运动？看飞机投弹动画问题思考1、电影《闪闪的红星》中有两句歌词：“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走。”这其中分别描述了两种运动情景，那么它们分别是以什么为参考系的？2、坐在美丽的校园内学习毛泽东的诗句“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”时，但我们感觉是静止不动的。这与诗句里的描述是否矛盾？说明理由。河岸、竹排不矛盾小组讨论要研究月球的运动选什么为参考系较好？问题思考1、关于参考系的选取，下列说法正确的是（）A、参考系必须选取静止不动的物体B、参考系必须是和地面联系在一起的C、在空中运动的物体不能作为参考系D、任何物体都可以作为参考系D2、以下说法正确的是（）A、参考系就是不动的物体B、任何情况下，只有地球才是最理想的参考系C、不选定参考系，就无法研究某一个物体是怎么运动的D、同一物体的运动，对不同的参考系可能有不同的观察结果CD3、甲、乙、丙三架电梯，甲中乘客看到一座高楼在向下运动，乙中乘客看到甲在向下运动，丙中乘客看到甲、乙都在向上运动，这三架电梯的运动情况可能有那些？【解析】以地面为参考系，甲是向上运动的；而乙也是向上运动的，但乙的速度比甲大；而丙有可能向上运动，但丙的速度比甲、乙都小；丙也可能向下运动；丙还有可能静止。第一次世界大战期间的一次空战中，一个法国飞行员正在2000米高的空中飞行，忽然，他发现脸旁好像有一个小东西在飞舞，他以为是一只小昆虫，于是就伸手轻松地把它抓了过来，仔细一看，把他吓出一身冷汗来。他抓住的不是别的，是德国飞机射向他的一颗子弹。请根据上述信息讨论回答以下问题，并注意体会参考系的选取与运动的相对性。小组讨论1子弹飞得那么快一般为几百米每秒，为什么没有把他的手打穿？体会一下，同一物体相对于不同的参考系运动状态相同吗？2受类似现象的启发，人们实现了飞机在飞行途中进行空中加油，在航天飞行中，宇宙飞船发射到太空和正在绕地球运动的空间站实行空中对接。实现“空中加油”和“空中对接”应满足的基本条件是什么如果一个可以看做质点的物体沿直线运动，怎样定量描述物体的位置变化呢？要定量描述物体的位置变化，可以利用我们已有的数学知识，建立直线坐标系。坐标系的三要素：原点、正方向、单位长度。三、坐标系问题思考小组讨论（1）如果物体（例如滑冰运动员）在平面上运动，我们应如何建立坐标系？（2）如果物体在空间里运动呢？1、描述直线运动的物体的位置变化，可以建立一维直线坐标系．一维坐标表示：2、描述平面上运动的物体的位置变化，可以建立二维平面直角坐标系．二维坐标表示（,y）x/m0123-13、描述立体空间内运动的物体的位置变化，可以建立三维立体空间坐标系．三维坐标表示（,y,）y/m102-2-1-1-221x/m全球卫星定位系统（GPS）手持式GPS定位器车载GPS定位系统1车载GPS定位系统2一质点在轴上运动，各个时刻的位置坐标如下表：t/s012345X/m05-4-1-711、请在轴上标出质点在各时刻的位置。2、哪个时刻离坐标原点最远？有多远？对点练习2019年8月吴桥杂技节上，一名杂技演员将手中的球从高出地面3m的位置竖直向上抛出，它上升5m后回落，最后到达地面，如图所示，分别以地面和抛出点为原点建立坐标系，方向均以向上为正，填写以下表格：质点参考系和坐标系坐标系的建立坐标原点的设置出发点的坐标最高点的坐标落地点的坐标以地面为原点以抛出点为原点0m8m3m3m8m0m0m5m0m5m－3m－3m一、质点1、质点：把物体简