1.1 确定质点位置的方法.doc

1.1 确定质点位置的方法导入：物理学中研究物质的运动规律的是运动学，这也是最早进入研究的部分。本章我们进入运动学内容的学习。如何研究物质的运动，GPS的定位、火箭和卫星的发射，这些都需要对其运动进行定位。那么如何确定物体运动的位置呢？首先，需要学习如何对物质运动位置进行确定。进入第一节内容的学习。物质的运动，这个物质小到电子、原子等粒子，大到地球、太阳、银河系。这个物质怎么确定，因为这个物质不仅有质量，还有大小和内部结构，如何有效确定物质的位置？为了研究的方便和抓住主要因素，可以忽略物质的大小和内部结构，把它看成一个有质量的几何点，叫做质点。即物理中在确定物质位置时，引入质点的概念。这是一个为了确定物质位置而引入的概念，是一个实用的简化模型，是一个理想模型。实际上，牛顿是基于“原子”的思想提出质点模型的。牛顿认为质点只是上帝为人类创造的最小的认识单位而已，只有认识了最小单位才有可能认识复杂的其他物体。于是牛顿力学的整个体系理所当然就从质点开始，并沿着质点-质点系-刚体的由简单到复杂的认识次序展开。那么哪些情况下可以忽略物质的大小和内部结构从而作为质点来研究呢？一个物体能否被看作是质点，主要取决于所研究问题的性质。即一个物体在一个研究场合中，可以忽略物质的大小和内部结构时，就可以作为质点来研究。确定物质的位置现在是确定质点的位置，那么如何确定这样一个质点呢，如何确定一个空间几何点的位置？讨论：如何确定发射火箭的位置？（卫星如何确定地面物体的位置？）参考系：选择一个或几个彼此没有相对运动的物体作为参考，描述物质的位置的系统。在参考系中确定质点的位置有如下几种方法：1. 坐标法通过数学的学习，有哪些坐标系？最简单的就是空间直角坐标系（笛卡尔坐标系），xyz轴满足右手螺旋。质点相对在这个坐标中的位置可以唯一用（x,y,z）来描述。其他坐标怎么描述？极坐标？球坐标？柱坐标？2. 位矢法坐标法比较方便确定质点的位置，质点在每个坐标轴上都有唯一投影。还有一种用矢量描述质点位置的方法，即位矢法。通过选取一套基矢，质点的位置矢量能唯一用这系列基矢叠加（平行四边形法则）得到。比如选取直角坐标中x、y、z轴的单位矢量作为基矢，分别为i,j,k。则位置矢量（相对于原点）r可以唯一表示为，r=xi+yj+zk即可以通过在一组用基矢表示的矢量叠加来表示质点的位置矢量。3. 自然法在有些情况下，质点相对参考系的运动轨迹是已知的，比如有轨电车（地铁、公交、过山车（过山车上的前后排位，哪个位置最恐怖？）、飞机、卫星、彗星、行星、恒星、银河系等）的路线是确定的，那么这时你的位置可以确定在这个路线的哪个位置上，比如说我在洪山广场站。这种轨迹确定上的位置可以通过测量到端点的距离来确定，称为自然法。当质点位置随参考系发生变动时，这时质点的位置相对参考系中坐标上变化，随时间变化，是时间的函数-运动学方程。三种方法对应怎样的时间函数？坐标法：x=f1(t)y=f2(t)z=f3(t)位矢法：r=r(t)自然法：s=f(t)认识任何事物总是先有运动状态的确定，再有运动状态的变化，这是认识事物的合理的逻辑思想。例题解读：案例解释：卫星定位，火箭发射等。自20世纪90年代初美国和俄罗斯建成全球卫星定位系统GPS和GLONASS以来，卫星定位系统的应用领域不断扩展，军用和民用效益越来越显著。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区，2020年左右覆盖全球。