高一物理人教版必修1学案1-1质点参考系和坐标系

第一章运动的描述1质点参考系和坐标系知识点一机械运动物体相对于其他物体的位置变化，也就是物体的空间位置随时间的变化，是自然界中最简单、最基本的运动形态，我们称为机械运动．运动是绝对的，静止是相对的．知识点二质点(1)自然界中许多物体的运动都是很复杂的，要想准确地描述物体的运动，并不是一件容易的事，原因是任何物体都有一定的大小和形状，物体各部分的运动情况一般说来并不一样．(2)用来代替物体的有质量的点叫做质点．(3)在研究物体的运动时，若物体的大小和形状对研究问题的结果没有影响或影响很小(可忽略不计)时，可将物体视为质点，也就是说，能否将一个物体看做质点是由问题的性质决定的．(多选)神舟十号于2013年6月11日17时38分从酒泉卫星发射中心成功发射，实现了我国载人航天工程的新突破．以下所给出的哪一个阶段可以把神舟十号看成质点(AB)A．飞船发射升空，跟踪飞船运动轨迹时B．分析飞船飞行速度时C．与天宫一号对接前，调整飞船姿势时D．控制飞船完成对接过程时知识点三参考系在描述A物体的运动时，首先要选定B物体做参考，然后观察A物体相对B物体的位置是否随时间变化，以及怎么变化．这种用来做参考的物体称为参考系．参考系的选择是任意的，选择不同的参考系来观察同一物体的运动，其结果往往是不同的，这说明物体的运动具有相对性．观察如图所示的漫画，图中司机说乘车人没有动，而路上的小女孩说他运动得真快，谁的说法正确？为什么？提示：司机以车为参考系，所以他说乘车人没有动，而小女孩以地面为参考系，她看到乘车人在飞快地运动着．由于所选取的参考系不同，因此得出了不同的结论，他们的说法都是正确的．知识点四坐标系(1)为了定量地描述物体的位置及位置变化，需要在所选的参考系上建立适当的坐标系．(2)如果物体沿直线运动，为了定量描述物体的位置及位置变化，往往以这条直线为x轴，在直线上规定原点、正方向和单位长度，建立直线坐标系．如图所示，一条绳子长1.5m，放在高0.8m的桌子上，有一部分悬在桌外，留在桌面上的部分长1.2m，以图中地面上的O点为坐标原点，求绳的最低端的坐标．(选择向上为正方向)答案：0.5m考点一质点1．定义用来代替物体的有质量的点．质点的两个要点：(1)只占有位置不占有空间；(2)具有所代替物体的全部质量．2．质点模型的必要性与可能性实际物体既有大小，又有形状，那么在确定这个物体的位置时，是否需要说出物体上各个点所在的位置呢？事实上，我们根本不可能说出一个物体上所有不同的点所在的位置，况且即使我们最终能够办到，也是毫无意义的．如果在所研究的问题中，物体的大小和形状等特性对描述的结果影响很小，这时就可以忽略物体的大小、形状，把它看成一个具有同样质量的点．从而使研究对象变得非常简单和纯粹，使我们能方便地研究它的运动．3．质点体现的思想方法(1)质点是以研究目的为出发点，突出问题的主要因素，忽略次要因素而建立的理想化物理模型，实际并不存在．(2)“理想化模型”虽然实际并不存在，但“理想化模型”的建立，具有十分重要的意义，可以使研究的问题得以简化或使研究问题更方便而又不会发生大的偏差，“理想化模型”是物理中经常采用的一种研究问题的方法．4．将物体看成质点的条件(1)物体的大小、形状对所研究问题的影响可以忽略不计时，可视物体为质点．地球很大，但地球绕太阳公转时，地球的大小就变成次要因素，我们完全可以把地球看成质点．当然，在研究地球自转时，就不能把地球看成质点了．研究火车从北京到上海的运动时可以把火车看成质点，但研究火车过桥的时间时就不能把火车看成质点了．(2)物体上各点的运动情况都是相同的，研究它上面某一点的运动规律就可以代表整个物体的运动情况，这时物体可以看成质点．(3)物体有转动，但相对平动而言可以忽略时，可以把物体看成质点．如汽车在行驶时，虽然车轮有转动，但当我们关心车辆整体运动的快慢时，汽车可以被看成质点．【例1】以下情景中，加着重号的人物或物体可看成质点的是()A．研究一列火车通过长江大桥所需的时间B．乒乓球比赛中，运动员发出的旋转球C．研究航天员翟志刚在太空出舱挥动国旗的动作D．用GPS确定打击海盗的“武汉”舰在大海中的位置解答本题时应把握以下两点：(1)质点是一种理想化的模型，是对实际物体的近似．(2)判断一个物体能否被看成质点，不取决于物体自身的大小，而取决于物体自身大小对所研究的问题的影响是否可以忽略．【解析】把物体看做质点的条件是：物体的大小和形状对研究的问题没有影响，或者对研究问题的影响可以忽略不计．研究火车通过长江大桥的时间时不能把火车看成质点；要接住“旋转球”，必须研究乒乓球的运动状态，此时不能把乒乓球看成质点；研究航天员翟志刚在太空出舱挥动国旗的动作时，不能把翟志刚看成质点；用GPS确定“武汉”舰在大海中的位置时，可以把“武汉”舰看成质点．故应选D.【答案】D总结提能能否把物体看成质点，不是看物体的形状和大小，而是看物体的形状和大小对所研究问题的影响能否忽略．(1)物体的大小、形状对所研究问题的影响可忽略不计时，可将物体看做质点．(2)平动的物体可以看做质点；转动的物体，如果物体的转动不是我们所要研究的主要问题时，也可以看做质点．转动的物体在研究其转动的规律时不能看做质点．(多选)如下图所示，你认为哪些对象可以看做质点？(AB)解析：A项研究地球绕太阳的公转周期时，尽管地球直径约为1.3×104km，而且本身也在自转，但由于地球和太阳之间的距离约为1.5×108B项自行车运动员的成绩决定于他的骑车速度，我们关注的是他到达终点的名次，不关注身体各部位的动作，故可以把自行车运动员看成一个质点．C项地球绕太阳公转时，地球上不同地区季节的变化、昼夜的变化是不同的，这时地球的大小和形状是不能被忽略的，所以地球在此研究问题中不能看成一个质点．D项花样滑冰表演好坏决定于他们表演动作，故不能视为质点．考点二参考系1．定义要描述一个物体的运动，首先要选定某个其他物体做参考，观察物体相对于这个“其他物体”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．选取参考系的意义(1)有了参考系，才能确定物体的位置．(2)选定了参考系后，才能知道和研究物体的运动，试设想，在茫茫大海里，水天一色，如果没有太阳或星辰做参考，水手根本无法确定自己船舶的位置和航向．(3)参考系选择不同，对同一物体的运动得出的结论也可能不同，通常在研究地面上物体的运动时，如果不声明参考系，则默认以地面为参考系．3．参考系的四个性质(1)标准性，选作参考系的物体都假定不动，被研究的物体都以参考系为标准．(2)任意性，参考系的选取可以是任意的(物体本身除外)，在实际问题中，参考系的选取以研究问题方便为基本原则．(3)统一性，比较不同的物体的运动应选择同一参考系．(4)差异性，对于同一物体选择不同的参考系运动情况一般不同．物体的运动都是相对参考系而言的，这是运动的相对性．一个物体是否运动、怎样运动，决定于它相对于所选的参考系的位置是否变化、怎样变化．同一物体，选取不同的参考系，其运动情况可能不同，例如，若以地面为参考系，路边的树木是静止的，若以行驶的汽车为参考系，树木是运动的，这就是我们坐在车里前进时感到树木往后倒退的原因．4．参考系的选取原则参考系的选择是任意的，但应以观察方便和使运动的描述尽可能简单为原则，研究地面上物体的运动常选地面为参考系．【例2】热气球运动起源于18世纪的法国，随着球皮材料和制热燃料的普及，热气球运动已成为公众休闲观光和体育旅游项目．在一次观光游览中，甲、乙、丙三人各乘一个热气球，甲看到楼房匀速上升，乙看到甲匀速上升，甲看到丙匀速上升，丙看到乙匀速下降．那么，从地面上看，以下有关甲、乙、丙的运动情况的说法错误的是()A．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙停在空中B．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙<v甲C．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速上升D．甲、乙匀速下降，v乙>v甲，丙匀速下降，且v丙>v甲解答本题应注意以下两点：(1)选择不同的参考系，物体运动情况的描述不同；(2)要比较物体运动的快慢，必须选择同一参考系．【解析】楼房和地面相当于同一参考系，所以甲是匀速下降．乙看到甲匀速上升，说明乙也是匀速下降，且v乙>v甲．甲看到丙匀速上升有三种可能：丙静止；丙匀速上升；丙匀速下降，且v丙<v甲．丙看到乙匀速下降也有三种可能：丙静止；丙匀速上升；丙匀速下降，且v丙<v乙．综上所述，A、B、C项说法正确，D项说法错误．【答案】D总结提能描述物体的运动，必须选择参考系．其一般步骤为：(1)确定研究对象；(2)根据题意确定参考系，并假定参考系是不动的；(3)分析被研究物体相对于参考系的位置变化情况．如图所示，由于风，河岸上的旗帜向右飘，在河面上的两条船上的旗帜分别向右和向左飘，两条船的运动状态是(C)A．A船肯定是向左运动的 B．A船肯定是静止的C．B船肯定是向右运动的 D．B船可能是静止的解析：对A船运动情况的研究：由题图知A船与河岸上的旗帜均向右飘，则相对于风，A船、河岸都具有向左的运动速度，所以A船可能相对河岸静止，也可能以任意速度向左运动，还有可能以相对比风速小的速度向右运动，A、B错误．B船运动情况可确定：B船中旗帜向左飘，表明B船只能向右运动，且速度大于风速，C对，D错．考点三坐标系1．意义物体做机械运动时，为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系．物体的位置可认为是质点在某时刻所在的空间的一点．2．坐标系的种类(1)一维坐标系：物体在一条直线上运动时，只需建立一维的直线坐标系，就能准确地表达物体的位置．如图甲所示．(2)二维坐标系：物体在一个平面内运动时，需要建立二维的平面直角坐标系．如图乙所示．(3)三维坐标系：物体在三维空间中运动时，需要建立三维的空间直角坐标系．如图丙所示．3．建立坐标系的原则(1)坐标原点要相对于参考系静止．(2)坐标方向的选取要使对物体运动规律的描述尽量简洁．(3)建立坐标系应明确坐标原点、正方向及单位长度，标明坐标单位．【例3】从一深4m的井中用水桶提水，出井口后再往上提升1m，选井口处为原点，水桶竖直向上提升的路线为x轴，向上为正方向，则水桶在水面时的位置坐标为________，最后水桶的位置坐标为________．如果选水面为坐标原点，那么水桶在水面时的位置坐标为________，最后水桶的位置坐标为________．【解析】根据题意建立坐标系，竖直向上的方向为正方向，井口处为原点，则水桶在水面时的位置坐标为－4m；最后水桶的位置在井口上方1m处，故位置坐标为1m．如果选水面为坐标原点，那么水桶在水面时的位置坐标为0；最后水桶离水面的距离为5m，故最后水桶的位置坐标为5m.【答案】－4m1m05m总结提能坐标系是数学知识在物理学中的应用．建立坐标系确定物体的位置时，首先要确定原点的位置及正方向，然后确定物体所处的坐标即可．如图所示为一根长0.8m的杆，竖直放置，今有一内径略大于杆横截面直径的环，从杆的顶点A向下滑动，取杆的下端O为坐标原点，向下为正方向，图中A、B两点的坐标各是多少？环从A运动到B的过程中，位置变化了多少？(OB间距离为0.2m)解析：按照题意建立如图所示的坐标系，由杆长OA为0.8m及以杆的下端O为坐标原点，向下为正方向知：A点坐标xA＝－0.8m．由OB间距离为0.2m知，B点坐标xB＝－0.2m．环从A运动到B，位置改变了xB－xA＝(－0.2m)－(－0.8m)＝0.6m.答案：－0.8m－0.2m0.6m1．下列关于质点的说法中，正确的是(D)A．质点是一个理想化模型，实际上并不存在，所以，引入这个概念没有多大意义B．只有体积很小的物体才能看做质点C．凡轻小的物体，皆可看做质点D．如果物体的形状和大小对所研究的问题属于无关或次要因素时，即可把物体看做质点解析：质点是把物体看做一个只有质量，没有形状、大小的点，它是一个理想化模型，实际上是不存在的．引入质点的概念，是为了研究问题的方便，当物体的形状和大小对所研究的问题属于无关或次要因素时，即可把物体看做质点．2．(多选)关于参考系，以下说法正确的是(AC)A．不选定参考系，就无法研究某一物体是怎样运动的B．参考系就是不动的物体C．同一物体的运动情况，对于不同的参考系可能有不同的观察结果D．任何情况下，只有地球才是最理想的参考系解析：研究物体的运动必须要选定参考系，才能描述物体的运动，否则没法研究，选项A正确；参考系是假定为不动的物体，不动的物体是不存在的，选项B错误；同一个物体的运动，选取不同的物体作为参考系时，会观察到不同的结果，选项C正确；参考系的选取，要以方便观测和使运动的描述尽可能简单为原则，而非只有选地球为参考系最理想，选项D错误．3．(多选)下列说法中与人们的日常习惯相吻合的是(AD)A．测量三楼楼道内日光灯的高度，选择三楼地板为参考系B．测量井的深度，以井底为参考系，井“深”为0C．以卡车司机为参考系，卡车总是静止的D．以路边的房屋为参考系判断自己是否运动解析：在解本题时，很多同学受生活习惯的影响，往往错误地认为参考系只能选择地面，其实不然，如A选项，可以选择与地面相对静止的三楼地板为参考系．参考系的选择没有对错之分，只有合理与不合理的区别，只要有利于问题的研究，选择哪个物体为参考系都可以．B、C与日常习惯不吻合，故选A、D.4．中国空军于2017年12月18日出动多型战机进行“绕岛巡航”