【讲与练】高中物理人教版(2019)必修1：1.1 质点参考系学案

第一章运动的描述情境导入我们生活在一个运动的世界之中，翱翔的雄鹰、呼啸的飞机、轰鸣的战车、远航的巨轮……从浩瀚的宇宙到微小的粒子，自然界中的一切物体，都在不停地运动。在这一章里，我们将初步学习、研究如何描述物体的运动。1.质点参考系课程标准1．经历质点模型的建构过程，了解质点的含义。2．知道将物体抽象为质点的条件，能将特定实际情境中的物体抽象成质点。3．体会构建模型的思维方式，认识物理模型在探索自然规律中的作用。素养目标物理观念知道质点的定义、参考系的概念科学思维理解质点的含义，并能分析不同情境下物体是否能看作质点。理解静止和运动的相对性，物体的运动和静止是相对参考系而言的。科学态度与责任结合生活实际，理解准确描述物体运动的方法，并能科学地判断物体的运动和静止知识点1物体和质点1．质点的定义：忽略物体的_大小__和_形状__，把物体简化为一个具有_质量__的点，这样的点称为质点。2．把物体看作质点的条件：物体的_大小__和_形状__对研究问题的影响可以忽略。3．理想化模型：在物理学中，突出问题的_主要因素__，忽略_次要因素__，建立_理想化__的物理模型，是经常采用的一种科学研究方法。质点就是一种理想化模型，实际并不存在。注意：在高中物理中，我们主要研究那些能够简化为质点的物体的运动，所以常常不区分“物体”和“质点”两个词。『微训练』1．根据预习内容，判断下列说法正误：(1)自然界中没有绝对静止的物体。(√)(2)很小的物体一定能看作质点，较大的物体有时也能看作质点。(×)(3)质点是为了突出问题的主要因素，忽略次要因素而建立的理想化模型。(√)2．(2023·浙江宁波期中)下列说法正确的是(C)A．研究足球运动员如何才能踢出“香蕉球”时，可以把足球看作质点B．研究火车经过电线杆所用的时间，可以把火车看作质点C．研究运动员参加200m比赛时的平均速度，可以将运动员看成质点D．研究体操运动员在平衡木上做整套动作时，运动员身体各部分的速度可视为相同解析：研究足球运动员如何才能踢出“香蕉球”时，足球的大小不能忽略，不可以把足球看作质点，选项A错误；研究火车经过电线杆所用的时间，火车的大小不能忽略，不可以把火车看作质点，选项B错误；研究运动员参加200m比赛时的平均速度，运动员的大小可忽略不计，可以将运动员看成质点，选项C正确；研究体操运动员在平衡木上做整套动作时，运动员身体各部分的速度不一定是相同的，选项D错误。知识点2参考系1．定义：在描述一个物体的运动时，首先要选定某个其他物体作为参考，这种用来作为_参考__的物体叫作参考系。2．参考系的选取(1)参考系的选取是_任意__的，但选取的参考系不同，结论往往_不同__，通常选_地面__为参考系。(2)参考系既可以是_静止__的物体，也可以是_运动__的物体。注意：物体被选作参考系后，就认为该物体是静止的。『微训练』1．根据预习内容，判断下列说法正误：(1)参考系必须选取地面或相对于地面静止的其他物体。(×)(2)选取的参考系不同，对同一个物体运动的描述也往往不同。(√)(3)“坐地日行八万里”所对应的参考系是地面。(×)2．跳伞运动员从飞机上跳伞，飞行员观察到跳伞运动员沿直线下落，而地面上的人观察跳伞运动员却沿曲线下落，为什么？答案：飞行员选择飞机作为参考系，而地面上的人选择地面作为参考系。探究质点要点提炼1．对质点的理解(1)质点是用来代替物体的有质量的点，其突出的特点是“具有质量”，但是质点没有大小、体积、形状，与几何中的“点”有本质区别。(2)质点是一种“理想化模型”。2．实际物体可看成质点的常见情况物体能否被视为质点，不是取决于物体的大小，而是看物体的形状和大小对研究问题的结果的影响是否可忽略。同一物体在不同的问题情景中有的可视为质点，有的则不能视为质点。典例剖析典题1(2023·江苏连云港高一期中)关于质点的下列说法，正确的是(D)A．甲图中，仿生学家研究老鹰飞行动作时，把老鹰看作质点B．乙图中，专家为高铁列车设计建造站台时，把高铁列车看作质点C．丙图中，足球运动员要踢出旋转前进的“香蕉球”，把足球看作质点D．丁图中，科学家研究地球公转时在轨道上的位置，把地球看作质点解析：仿生学家研究老鹰飞行动作时，老鹰的大小、形态对研究有影响，不能把老鹰看作质点，故A错误；专家为高铁列车设计建造站台时，涉及高铁列车的长、宽、高等因素，不能把高铁列车看作质点，故B错误；足球运动员要踢出旋转前进的“香蕉球”，需要把握足球的旋转方向、角度等，不能把足球看作质点，故C错误；科学家研究地球公转时在轨道上的位置，地球的大小和形状远小于轨道半径，可以忽略不计，可以把地球看作质点，故D正确。思维升华：(1)质点要突出“具有质量”和“占有位置”的特点，质点没有大小和形状，它的质量就是它所代替的物体的质量。(2)质点没有大小和形状，因而质点是不可能转动的，任何转动的物体在研究其自转时都不可简化为质点。对点训练❶天问二号预计2025年发射，现在已经进入初样研制阶段，如图为国家航天局发布的我国“天问一号”火星探测任务着陆和巡视探测系列实拍影像，图中所示是WIFI分离相机记录火星车“祝融号”在着陆平台附近后退移动和原地转弯过程中的一幅画面。下列情况中火星车一定可视为质点的是(C)A．火星车转弯时B．在火星表面穿越狭窄山谷时C．确定火星车在火星表面相对位置时D．火星车驶离着陆平台过程中解析：在火星车转弯时，或者在火星表面穿越狭窄山谷时，或者火星车驶离着陆平台过程中，火星车的大小不能忽略不计，不能看作质点；而在确定火星车在火星表面相对位置时，火星车的体积形状可视为次要因素而忽略，因此可视为质点。探究参考系,要点提炼1．选择参考系的意义：要描述一个物体的运动，必须首先选好参考系。只有选定参考系后，才能研究物体做怎样的运动。2．选择参考系的原则：(1)选取参考系一般应根据研究对象和研究对象所在的系统来决定。(2)参考系的选取可以是任意的。在实际问题中，参考系的选取应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为基本原则。(3)在比较不同物体的运动时，应选择同一参考系。3．参考系的四个特性相对性用来做参考系的物体都是假定不动的，被研究的物体是运动的还是静止的，都是相对于参考系而言的。任意性参考系的选择具有任意性，但应以观测方便和使运动的描述尽可能简单为原则。同一性比较不同物体的运动时，应该选择同一参考系。差异性同一运动选择不同的参考系，观察结果可能不同。(1)分析具体的问题时，选择合适的物体作为参考系，可使问题变得简单。(2)解题过程中，如果选地面作为参考系可以不指明，但选其他物体作为参考系时必须指明。典例剖析典题2(2023·江苏海安县实验中学高一月考)如图是某摄形师“追拍法”的成功之作，在该摄影师眼中飞翔的小鸟是静止的，而模糊的背景是运动的，摄影师用自己的方式表达了运动之美。请问摄影师选择的参考系是(B)A．静止的树木B．飞翔的小鸟C．小河内的流水D．静止于地面上的人解析：由于小鸟和摄影师以相同的速度运动，故以小鸟作为参考系，记者是静止的，故小鸟的图片是清晰的，但由于背景相对于小鸟是运动的所以背景相对于摄像机是运动的，所以拍摄的背景是模糊的。故在“追拍法”中摄影师选择的参考系是小鸟。对点训练❷(多选)(2023·河南鹤壁高一阶段练习)在平直公路上，甲乘汽车以10m/s的速度运动，乙骑自行车以5m/s的速度运动，则甲、乙(CD)A．同向运动时，甲观察到乙以5m/s的速度远离B．同向运动时，乙观察到甲以5m/s的速度靠近C．背离运动时，甲观察到乙以15m/s的速度远离D．相向运动时，乙观察到甲以15m/s的速度靠近解析：同向运动时，若甲在前乙在后，甲观察到乙以5m/s的速度远离，乙观察到甲以5m/s的速度远离；若乙在前甲在后，甲观察到乙以5m/s的速度靠近，乙观察到甲以5m/s的速度靠近，即观察结果与甲、乙的位置有关，A、B错误；背离运动时，两者相互远离，相对速度为15m/s，甲观察到乙以15m/s的速度远离，C正确；相向运动时，两者相互靠近，相对速度也为15m/s，乙观察到甲以15m/s的速度靠近，D正确。质点模型的建立思想在物理学研究中，研究对象受许多因素的影响，如果同时考虑这诸多因素，那就无法使用数学知识达到定量研究的目的。在一定条件下我们把非本质的次要因素找出来，加以剔除，抓住其主要因素和本质特征并进行抽象概括、研究，这种研究方法被称为物理学中的理想化方法。用这种方法将研究对象(物体、过程等)简化成抽象模型，我们称之为物理学中的理想化模型。除质点外，在学习中还会接触到许多理想化模型，例如光线、光滑面等，它们在现实中并不存在，都只是理想化模型。理想化模型的要点如下：(1)“理想化模型”是为了使研究的问题简化方便而进行的一种科学的抽象，实际并不存在。(2)“理想化模型”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“物理模型”。(3)“理想化模型”是在一定程度和范围内对客观存在的复杂事物的近似反映，是物理学中经常采用的一种科学研究方法。案例(2023·上海宝山高一考试)东方绿舟划龙舟，可以培养团队协作能力。当龙舟靠岸时，细心的同学注意到，一位师傅用细长的钩子稳稳地拉住船身不动。我们来分析师傅各部位的受力情况。在分析受力过程中，以下说法正确的是(C)①这位师傅可以看作质点②这位师傅不可以看作质点③这根细长的钩子的质量可以被忽略④这根细长的钩子的质量不可以被忽略A．①③ B．①④C．②③ D．②④解析：我们在分析师傅各部位受力过程中，需要考虑到师傅的动作从而找到力的方向，则这位师傅不可以看作质点，①错误，②正确；由题知钩子是细长的且钩子的重力相对于钩子对船的拉力很小，则这根细长的钩子的质量可以被忽略，③正确、④错误。故选C。核心素养科学思维引入“理想化模型”的概念，可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差。现实生活中，有许多实际的事物与这种“理想化模型”十分接近。因此在一定的场合、条件下，可以把实际事物当作“理想化模型”来处理。一、质点的判定1．(2023·山东济南高一期末)我国发射的“嫦娥四号”探测器首次着陆月球表面，“玉兔二号”顺利从“嫦娥四号”上登录到月球表面进行探月工作。下列有关说法正确的是(B)A．研究“嫦娥四号”探测器着陆姿势时，可以把探测器看作质点B．研究“玉兔二号”在月球的运动轨迹时，可以把“玉兔二号”看作质点C．研究“玉兔二号”在月球的运动轨迹时选择的参考系是地球D．研究“嫦娥四号”探测器着陆过程的运动轨迹时不可以将探测器看作质点解析：研究“嫦娥四号”探测器着陆姿势时，不能忽略“嫦娥四号”探测器大小和形状，不可以把探测器看作质点，故A错误；研究“玉兔二号”在月球的运动轨迹时，可以忽略“玉兔二号”的大小和形状，把“玉兔二号”看作质点，故B正确；研究“玉兔二号”在月球的运动轨迹时选择的参考系是月球表面，故C错误；研究“嫦娥四号”探测器着陆过程的运动轨迹时，能忽略“嫦娥四号”探测器大小和形状，可以将探测器看作质点，故D错误。2．(2023·河南开封高一统考期中)当地时间2022年7月12日，美国国家航空航天局(NASA)正式公布了詹姆斯·韦伯空间望远镜拍摄的一批全彩色照片。如图所示是史蒂芬五重星系，它是一个由4个星系组成的星系群，距离地球约3亿光年。照片中还包含着银河系内恒星，更小星点是在上百亿光年外的星系。查阅信息知太阳到银河系中心的距离约为2.6万光年。下列说法正确的是(B)A．恒星很大，任何情况下都不能把恒星视为质点B．在研究太阳系绕银河系中心运动时，可以将太阳系视为质点C．在研究星系的内部结构时，可以把星系视为质点D．在研究史蒂芬五重星系的内部结构时，可以将其视为质点解析：能不能看作质点，关键看所研究的问题与物体的大小、形状、体积有没有关系及影响程度，若有关系就不能看作质点，若没有关系就可以看作质点，所以要具体问题具体分析，恒星在某些情况下也可以看成质点，故A错误；在研究太阳系绕银河系中心运动时，太阳系的大小可以忽略不计，可以将太阳系视为质点，故B正确；在研究星系的内部结构时，星系的大小、体积、形状等在研究内部结构时是不能忽略的，所以不可以把星系视为质点，故C错误；在研究史蒂芬五重星系的内部结构时，星系的大小、体积、形状等是不能忽略的，所以不可以将其视为质点，故D错误。二、参考系与运动3．(2023·广东广州高一期末)我们描述某个物体的运动时，总是相对一定的参考系而言的。下列说法正确的是(B)A．我们说：“太阳东升西落”，是以太阳为参考系的B．我们说：“地球围绕太阳转”，是以太阳为参考系的C．我们说：“同步卫星在高空静止不动”，是以太阳为参考系的D．坐在火车上的乘客看到铁路旁的树木、电线杆迎面向他飞奔而来，乘客是以地球为参考